Post on 03-Jun-2022
Universidad Nacional
Facultad de Ciencias de la Tierra y el Mar
Escuela de Ciencias Ambientales
Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en Tecnologiacuteas Limpias
ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO
HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA
COSTA RICA
Tesis de grado para optar por el tiacutetulo de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental
ESTEBAN MONTERO SAacuteNCHEZ
Campus Omar Dengo
Heredia Costa Rica
2016
I
AGRADECIMIENTOS
A mi familia compantildeeros de distintas carreras profesores lectores y tutor por el gran apoyo
brindado
A las Asadas de San Pedro San Joseacute de la Montantildea Puente Salas y a la empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia por la confianza y respaldo
A la naturaleza motor de mis estudios y esta investigacioacuten
II
ACTA DE APROBACIOacuteN
El Tribunal Examinador aproboacute el trabajo titulado
ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO
HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA
COSTA RICA
Como requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en
Tecnologiacuteas Limpias
Miembros del Tribunal
--------------------------------------------
Decano Facultad de Tierra y Mar
Tomaacutes Marino Herrera
-------------------------------------
Representante de la Escuela de Ciencias Ambientales
M Sc Sonia Arguedas Quiros
-------------------------------
Ph D Jorge Herrera Murillo
Tutor
------------------------------------------
M Sc Pablo Ramiacuterez Granados
Lector
------------------------------------------
M Sc Franz Ulloa Chaverriacute
Lector
------------------------------------------
Esteban Montero Saacutenchez
Sustentante
Fecha__________________
III
TABLA DE CONTENIDOS
Tabla de Contenidos III
Iacutendice de Figuras VI
Iacutendice de Tablas VIII
Resumen 1
1 INTRODUCCIOacuteN 2
2 JUSTIFICACIOacuteN 4
3 OBJETIVOS 7
31 Objetivo general 7
32 Objetivos especiacuteficos 7
4 MARCO TEOacuteRICO 8
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9
43 Clima 11
44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14
46 Uso de la tierra 14
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas
hidrograacuteficas 15
5 MARCO METODOLOacuteGICO 17
511 Aacuterea de estudio 17
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 18
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca 19
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute 19
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21
531 Balance hiacutedrico 22
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22
533 Coeficientes de infiltracioacuten 22
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23
535 Muestreo de suelo 24
IV
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25
537 Balance del agua en el suelo 27
538 Evapotranspiracioacuten 27
539 Recarga al acuiacutefero 29
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32
5312 Zonas de balance hiacutedrico 33
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales
2025-2030 y 2050-2055 37
541 Datos climaacuteticos 38
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y
2050-2055 39
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la
microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 41
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento
hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44
614 Uso de la tierra 48
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000
a 2014 53
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65
V
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-
2055 71
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios
a mediano y largo plazo 75
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo
2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca
priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y
las tecnologiacuteas limpias 81
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad
del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87
8 Conclusiones 89
9 BIBLIOGRAFIacuteA 92
VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1En
ero
-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
ay-1
2Ju
l-1
2O
ct-1
2N
ov-
12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3M
ay-1
3Ju
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3Ju
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t-1
3O
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4M
ar-1
4M
ay-1
4Ju
n-1
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go-1
4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
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-10
Jul-
10
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0
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1
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Oct
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Dic
-11
Feb
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Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
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3
Jun
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Jul-
13
Set-
13
No
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3
Ene-
14
Mar
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May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
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0
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-11
Ago
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Dic
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2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
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3
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13
No
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3
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14
Mar
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Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
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15
20
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Oct
-12
Dic
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3
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Set-
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3
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No
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4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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I
AGRADECIMIENTOS
A mi familia compantildeeros de distintas carreras profesores lectores y tutor por el gran apoyo
brindado
A las Asadas de San Pedro San Joseacute de la Montantildea Puente Salas y a la empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia por la confianza y respaldo
A la naturaleza motor de mis estudios y esta investigacioacuten
II
ACTA DE APROBACIOacuteN
El Tribunal Examinador aproboacute el trabajo titulado
ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO
HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA
COSTA RICA
Como requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en
Tecnologiacuteas Limpias
Miembros del Tribunal
--------------------------------------------
Decano Facultad de Tierra y Mar
Tomaacutes Marino Herrera
-------------------------------------
Representante de la Escuela de Ciencias Ambientales
M Sc Sonia Arguedas Quiros
-------------------------------
Ph D Jorge Herrera Murillo
Tutor
------------------------------------------
M Sc Pablo Ramiacuterez Granados
Lector
------------------------------------------
M Sc Franz Ulloa Chaverriacute
Lector
------------------------------------------
Esteban Montero Saacutenchez
Sustentante
Fecha__________________
III
TABLA DE CONTENIDOS
Tabla de Contenidos III
Iacutendice de Figuras VI
Iacutendice de Tablas VIII
Resumen 1
1 INTRODUCCIOacuteN 2
2 JUSTIFICACIOacuteN 4
3 OBJETIVOS 7
31 Objetivo general 7
32 Objetivos especiacuteficos 7
4 MARCO TEOacuteRICO 8
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9
43 Clima 11
44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14
46 Uso de la tierra 14
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas
hidrograacuteficas 15
5 MARCO METODOLOacuteGICO 17
511 Aacuterea de estudio 17
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 18
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca 19
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute 19
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21
531 Balance hiacutedrico 22
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22
533 Coeficientes de infiltracioacuten 22
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23
535 Muestreo de suelo 24
IV
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25
537 Balance del agua en el suelo 27
538 Evapotranspiracioacuten 27
539 Recarga al acuiacutefero 29
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32
5312 Zonas de balance hiacutedrico 33
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales
2025-2030 y 2050-2055 37
541 Datos climaacuteticos 38
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y
2050-2055 39
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la
microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 41
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento
hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44
614 Uso de la tierra 48
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000
a 2014 53
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65
V
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-
2055 71
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios
a mediano y largo plazo 75
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo
2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca
priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y
las tecnologiacuteas limpias 81
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad
del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87
8 Conclusiones 89
9 BIBLIOGRAFIacuteA 92
VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1En
ero
-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
ay-1
2Ju
l-1
2O
ct-1
2N
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12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3M
ay-1
3Ju
l-1
3Ju
l-1
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t-1
3O
ct-1
3D
ic-1
3Fe
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4M
ar-1
4M
ay-1
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4A
go-1
4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
-10
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
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r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
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l
Set
No
v
Ene
Mar
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l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
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No
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Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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II
ACTA DE APROBACIOacuteN
El Tribunal Examinador aproboacute el trabajo titulado
ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO
HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA
COSTA RICA
Como requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en
Tecnologiacuteas Limpias
Miembros del Tribunal
--------------------------------------------
Decano Facultad de Tierra y Mar
Tomaacutes Marino Herrera
-------------------------------------
Representante de la Escuela de Ciencias Ambientales
M Sc Sonia Arguedas Quiros
-------------------------------
Ph D Jorge Herrera Murillo
Tutor
------------------------------------------
M Sc Pablo Ramiacuterez Granados
Lector
------------------------------------------
M Sc Franz Ulloa Chaverriacute
Lector
------------------------------------------
Esteban Montero Saacutenchez
Sustentante
Fecha__________________
III
TABLA DE CONTENIDOS
Tabla de Contenidos III
Iacutendice de Figuras VI
Iacutendice de Tablas VIII
Resumen 1
1 INTRODUCCIOacuteN 2
2 JUSTIFICACIOacuteN 4
3 OBJETIVOS 7
31 Objetivo general 7
32 Objetivos especiacuteficos 7
4 MARCO TEOacuteRICO 8
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9
43 Clima 11
44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14
46 Uso de la tierra 14
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas
hidrograacuteficas 15
5 MARCO METODOLOacuteGICO 17
511 Aacuterea de estudio 17
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 18
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca 19
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute 19
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21
531 Balance hiacutedrico 22
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22
533 Coeficientes de infiltracioacuten 22
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23
535 Muestreo de suelo 24
IV
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25
537 Balance del agua en el suelo 27
538 Evapotranspiracioacuten 27
539 Recarga al acuiacutefero 29
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32
5312 Zonas de balance hiacutedrico 33
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales
2025-2030 y 2050-2055 37
541 Datos climaacuteticos 38
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y
2050-2055 39
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la
microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 41
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento
hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44
614 Uso de la tierra 48
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000
a 2014 53
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65
V
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-
2055 71
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios
a mediano y largo plazo 75
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo
2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca
priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y
las tecnologiacuteas limpias 81
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad
del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87
8 Conclusiones 89
9 BIBLIOGRAFIacuteA 92
VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1En
ero
-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
ay-1
2Ju
l-1
2O
ct-1
2N
ov-
12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3M
ay-1
3Ju
l-1
3Ju
l-1
3Se
t-1
3O
ct-1
3D
ic-1
3Fe
b-1
4M
ar-1
4M
ay-1
4Ju
n-1
4A
go-1
4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
-10
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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III
TABLA DE CONTENIDOS
Tabla de Contenidos III
Iacutendice de Figuras VI
Iacutendice de Tablas VIII
Resumen 1
1 INTRODUCCIOacuteN 2
2 JUSTIFICACIOacuteN 4
3 OBJETIVOS 7
31 Objetivo general 7
32 Objetivos especiacuteficos 7
4 MARCO TEOacuteRICO 8
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9
43 Clima 11
44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14
46 Uso de la tierra 14
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas
hidrograacuteficas 15
5 MARCO METODOLOacuteGICO 17
511 Aacuterea de estudio 17
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 18
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca 19
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute 19
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21
531 Balance hiacutedrico 22
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22
533 Coeficientes de infiltracioacuten 22
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23
535 Muestreo de suelo 24
IV
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25
537 Balance del agua en el suelo 27
538 Evapotranspiracioacuten 27
539 Recarga al acuiacutefero 29
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32
5312 Zonas de balance hiacutedrico 33
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales
2025-2030 y 2050-2055 37
541 Datos climaacuteticos 38
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y
2050-2055 39
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la
microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 41
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento
hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44
614 Uso de la tierra 48
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000
a 2014 53
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65
V
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-
2055 71
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios
a mediano y largo plazo 75
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo
2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca
priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y
las tecnologiacuteas limpias 81
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad
del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87
8 Conclusiones 89
9 BIBLIOGRAFIacuteA 92
VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
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Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
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May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
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3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
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4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
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-11
Mar
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11
No
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1
Ener
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2
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2
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12
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-12
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2
Ene-
13
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3
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-13
Jul-
13
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13
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13
Oct
-13
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-14
Mar
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No
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Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
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1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
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2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
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Mar
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-14
Jun
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-14
Set-
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No
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4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
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10
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-10
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-11
Mar
-11
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-11
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Set-
11
No
v-1
1En
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-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
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2Ju
l-1
2O
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12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
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3M
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ar-1
4M
ay-1
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n-1
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4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jul-
10
No
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0
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-11
Ab
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
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Ab
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1
Jun
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Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
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r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
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Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
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3
Ene-
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-14
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14
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14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
-10
Jul-
10
No
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0
Feb
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
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Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
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3
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13
Set-
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3
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May
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Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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IV
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25
537 Balance del agua en el suelo 27
538 Evapotranspiracioacuten 27
539 Recarga al acuiacutefero 29
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32
5312 Zonas de balance hiacutedrico 33
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales
2025-2030 y 2050-2055 37
541 Datos climaacuteticos 38
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y
2050-2055 39
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la
microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 41
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento
hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44
614 Uso de la tierra 48
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000
a 2014 53
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65
V
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-
2055 71
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios
a mediano y largo plazo 75
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo
2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca
priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y
las tecnologiacuteas limpias 81
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad
del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87
8 Conclusiones 89
9 BIBLIOGRAFIacuteA 92
VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
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1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
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4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
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-11
Set-
11
No
v-1
1En
ero
-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
ay-1
2Ju
l-1
2O
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12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3M
ay-1
3Ju
l-1
3Ju
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t-1
3O
ct-1
3D
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3Fe
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4M
ar-1
4M
ay-1
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n-1
4A
go-1
4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jul-
10
No
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0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
-10
Jul-
10
No
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0
Feb
-11
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
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3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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V
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-
2055 71
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios
a mediano y largo plazo 75
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo
2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca
priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y
las tecnologiacuteas limpias 81
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad
del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87
8 Conclusiones 89
9 BIBLIOGRAFIacuteA 92
VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1En
ero
-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
ay-1
2Ju
l-1
2O
ct-1
2N
ov-
12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3M
ay-1
3Ju
l-1
3Ju
l-1
3Se
t-1
3O
ct-1
3D
ic-1
3Fe
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4M
ar-1
4M
ay-1
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n-1
4A
go-1
4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jul-
10
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0
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1
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-11
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-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
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13
No
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3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
-10
Jul-
10
No
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0
Feb
-11
Ab
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1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
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ote
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al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
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ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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VI
IacuteNDICE DE FIGURAS
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia 44
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 45
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia 46
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia 48
Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia
50
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 52
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
corregidos 54
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las
nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN y Asada San Pedro 61
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo
2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64
VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
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2
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13
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3
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13
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13
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-13
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May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
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Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
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Calle Segura
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Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
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3
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Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
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10
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-10
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Enero-hellip
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Ene-
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3
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Naranjo
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Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
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-10
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Ab
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2M
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2Ju
l-1
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12
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3O
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ar-1
4M
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n-1
4A
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4Se
t-1
4N
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14
Cau
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s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
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-11
Dic
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2
Jun
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Oct
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Dic
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3
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-14
Jul-
14
Set-
14
No
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4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
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Oct
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Dic
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4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
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10
No
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0
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Oct
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Dic
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Feb
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Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
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3
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Ene-
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May
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Set-
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No
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Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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VII
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA
(2016) 66
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia 67
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia 68
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia 69
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia 70
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 76
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia 78
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del
Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente
Elaboracioacuten propia 82
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-
UNEP (2003) 83
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario
y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia 84
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano
y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85
VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1En
ero
-12
Feb
-12
Ab
r-1
2M
ay-1
2Ju
l-1
2O
ct-1
2N
ov-
12
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3M
ay-1
3Ju
l-1
3Ju
l-1
3Se
t-1
3O
ct-1
3D
ic-1
3Fe
b-1
4M
ar-1
4M
ay-1
4Ju
n-1
4A
go-1
4Se
t-1
4N
ov-
14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
Mar
-10
Jul-
10
No
v-1
0
Feb
-11
Ab
r-1
1
Jun
-11
Ago
-11
Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
Ab
r-1
2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
-13
Ab
r-1
3
Jun
-13
Jul-
13
Set-
13
No
v-1
3
Ene-
14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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VIII
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos
meteoroloacutegicos 21
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23
Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones
hidraacuteulicas del suelo 25
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute 34
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes
acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con
fuentes dentro de la microcuenca 43
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del
aacuterea de estudio (mm) 55
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-
2030 (km2) 73
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055
(km2) 74
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 77
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios
de mediano y largo plazo 78
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86
RESUMEN
Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la
recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca
se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua
subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa
por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de
Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de
recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen
a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica
El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las
variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos
como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve
o moderada
El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten
de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano
principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento
del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten
del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga
Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios
significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron
basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los
periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante
debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de
cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas
como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la
recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para
consumo humano en el mediano y largo plazo
Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante
diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como
otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el
manejo de variables hidroloacutegicas
2
1 INTRODUCCIOacuteN
La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es
un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el
incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo
de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la
ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los
entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico
aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de
disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)
En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones
climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la
irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales
alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta
inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables
inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico
Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente
se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El
ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua
en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la
temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo
este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende
de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)
Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten
es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el
comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de
patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de
manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el
reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de
temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes
hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)
A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia
pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los
eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan
no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano
Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para
percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el
porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)
3
En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su
gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este
comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados
a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la
poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de
importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un
proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial
Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los
acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos
naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera
significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La
alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca
variaciones considerables que pueden ser irreversibles
El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de
recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial
Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su
estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores
climaacuteticos
La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y
acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que
implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el
futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando
las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de
la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis
permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la
recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa
dentro de esta aacuterea
Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para
consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un
acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con
respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de
escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios
de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos
17 antildeos en la microcuenca en estudio
4
2 JUSTIFICACIOacuteN
La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten
permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del
liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran
cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales
(Mora 2009)
El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los
procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para
consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los
indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua
sin antes hacer referencia a la disponibilidad
Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se
encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten
por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que
afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al
2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su
desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)
Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio
climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las
condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas
lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el
uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas
aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los
reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)
La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada
como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se
comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses
hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de
abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas
condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo
como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad
de respuesta de muchos de los entes encargados
Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre
-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El
comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo
Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden
5
de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas
de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten
Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su
distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de
gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)
En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese
a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por
el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los
sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los
principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se
encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el
comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro
en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes
de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la
presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)
En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida
con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos
Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del
cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global
dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la
excepcioacuten (Bates et al 2008)
En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten
ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados
en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser
afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles
cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del
riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del
que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por
cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las
partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales
ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)
Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una
gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca
de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja
2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por
zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que
la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se
seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la
variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten
6
de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia
dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo
que el riesgo de afectacioacuten es mayor
Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas
hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes
racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios
Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no
existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las
variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua
tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo
La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012
del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la
prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten
no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del
informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia
a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo
2008
En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que
desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo
total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la
progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa
(CGR 2012)
La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo
total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es
superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los
sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe
El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es
que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de
captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado
suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes
superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del
nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las
fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)
En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de
642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)
La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como
superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los
7
cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las
captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio
La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa
incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una
adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la
dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la
poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas
que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del
recurso en la microcuenca
En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes
actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende
ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de
proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de
adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
3 OBJETIVOS
31 Objetivo general
Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y
largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
32 Objetivos especiacuteficos
1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones
hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de
los manantiales en la microcuenca
3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030
que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo
considerando los cambios del uso de la tierra
4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para
la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo
humano
8
4 MARCO TEOacuteRICO
41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano
El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus
diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia
de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los
ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la
disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona
o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)
Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de
precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son
distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su
accesibilidad (PNUMA 2003)
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la
disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)
Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad
por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha
venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico
como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp
Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al
deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin
embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los
principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente
estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el
cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas
Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o
directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos
los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes
subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y
constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para
consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de
factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de
precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como
riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)
El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica
especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten
(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos
reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras
un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes
9
capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de
escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)
La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las
diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul
2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente
subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de
aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio
ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)
42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea
A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et
al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el
agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca
del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con
las distintas metodologiacuteas
En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo
los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea
El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura
mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de
modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea
especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la
recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)
El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes
trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos
por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las
fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten
mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico
cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et
al 2011)
En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos
que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua
subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la
concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en
cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al
2011 Narula amp Gosain 2013)
Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto
de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando
escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las
variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por
10
la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad
del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp
Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica
En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus
ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen
en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de
cloracioacuten (OPS 2003)
Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos
de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio
continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central
dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea
Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua
proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y
Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su
principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar
que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los
abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)
Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua
subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe
comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos
antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el
cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)
Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como
parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo
encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)
asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite
El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga
al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky
(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa
en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus
equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes
La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que
infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de
agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes
condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten
(Schosinsky 2006)
11
43 Clima
La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones
atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por
registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb
2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y
nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es
de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea
entre muchas otras (IMN 2008)
A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio
que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada
variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan
dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute
el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos
fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten
de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este
necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los
promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la
investigacioacuten de Lavel (2009)
Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC
(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus
propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo
encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema
mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que
en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico
sobre los ciclos climaacuteticos globales
La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la
emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera
tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten
persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en
diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento
atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos
antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las
temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias
de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial
evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen
registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde
2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el
promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)
12
A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la
temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)
Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la
estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y
frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten
de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes
del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario
severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker
et al 2013)
En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los
escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona
noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general
con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican
que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al
10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute
como un aumento en la temperatura de 08 degC
Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten
general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una
reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima
menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al
presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde
los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los
sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos
44 Modelado de escenarios climaacuteticos
En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su
investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado
una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus
impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo
creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y
adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual
manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones
contaminantes emitidas (Moss et al 2008)
La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes
componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo
marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus
siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-
altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados
para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)
13
En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada
uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes
incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales
muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel
macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)
Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general
(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor
escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma
de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)
Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El
downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a
partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus
resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con
variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios
climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)
Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los
estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas
mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y
precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo
que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general
(Fowler et al 2007)
Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como
cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso
contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)
Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad
en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos
(Fowler et al 2007)
En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control
y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio
pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos
estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de
correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al
2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el
cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables
de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden
a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al
2007)
14
45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica
Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual
por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida
hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos
(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales
institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)
La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios
comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por
la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero
subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en
Zury 2012)
Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual
cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala
Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de
nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de
Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas
hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez
estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea
dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas
auacuten maacutes pequentildeas
46 Uso de la tierra
Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de
utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio
geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el
aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco
relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la
tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio
geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo
para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea
de estudio
Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a
nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han
efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en
donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca
predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon
modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de
Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI
15
47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de
cuencas hidrograacuteficas
En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el
aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico
vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani
2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las
tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el
uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural
tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos
recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de
componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten
de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)
Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de
avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica
fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso
antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los
impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo
humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio
Climaacutetico (MINAET 2009)
Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende
la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los
sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de
adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los
niveles jeraacuterquicos
En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector
hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como
(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual
es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la
gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y
confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo
de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico
incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso
del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento
de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla
en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del
Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar
seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las
zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento
humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de
16
Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten
puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico
monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten
de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del
sector hiacutedrico al cambio climaacutetico
17
5 MARCO METODOLOacuteGICO
Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la
disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida
en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con
especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por
dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la
calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de
las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios
Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad
climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse
fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los
cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la
alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos
con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten
respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron
mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten
geograacutefica como ArcGis y Surfer
511 Aacuterea de estudio
La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca
1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca
del Porrosatiacute (entrevista abierta)
18
Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las
condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un
inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva
georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se
le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute
1 Consumo humano
2 Agriacutecola
19
3 Industria
Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas
En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos
521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la
microcuenca
Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente
522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando
20
uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo
523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica
Estaciones procesadas
Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)
Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos
Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos
Razoacuten de valores normales
Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia
Ec 1
119883 = 1
3[(
119883119901
119860119901119860) + (
119883119901
119861119901119861) + (
119883119901
119862119901119862)]
21
X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto
Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o
incompleto
Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con
criterios de homogeneidad establecidos
Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales
para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes
Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos
Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado
Distancia La menor cercaniacutea entre
estaciones representa la
condicioacuten deseable pues se
asume que las variables que
afectan el comportamiento
climaacutetico tendraacuten mayor similitud
y por ende un comportamiento
maacutes homogeacuteneo entre las
estaciones
Se desplegaron las estaciones
en un SIG para visualizar las
distancias entre cada una de
ellas
Altitud La altitud es una variable
determinante principalmente
asociada a la conformacioacuten
orograacutefica
Mediante el SIG se despliegan
los datos de altitud de las
estaciones Se realizoacute un
modelo de elevacioacuten digital en
donde se obtienen rangos de
distribucioacuten de la informacioacuten
climaacutetica sobre el aacuterea de
estudio
Comportamiento
promedio
Cuando no se cumplieron los
criterios anteriores se procedioacute a
tomar en cuenta variables
basadas en la observacioacuten y
anaacutelisis del comportamiento
entre estaciones
Ademaacutes del caacutelculo de
promedios de las sumatorias
se efectuaron anaacutelisis por
miacutenimos cuadrados para
conocer la relacioacuten de
comportamiento entre las
estaciones
Fuente Elaboracioacuten propia
53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014
Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a
cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten
y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca
22
Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por
realizar (fase III)
531 Balance hiacutedrico
Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto
por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de
caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una
combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad
de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales
componentes del modelo para una mejor compresioacuten
532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje
Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta
alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no
llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de
precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y
para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden
con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en
climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)
En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los
resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en
los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por
el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez
desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de
precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una
humedad relativa saturada
533 Coeficientes de infiltracioacuten
El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten
total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten
El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp
Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de
infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose
seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los
coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la
pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)
Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo
de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa
base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en
23
porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky
(2006) (tabla 2)
Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv
Por pendiente Rango () Kp
Muy plana 0 ndash 006 035
Plana 006 ndash 04 025
Algo plana 04 - 2 015
Promedio 2 - 7 010
Fuerte Mayor a 7 006
Por cobertura vegetal Kv
Zacate menos del 50 009
Cultivos 01
Pastizal 018
Bosques 02
Zacate maacutes del 75 021
Fuente Schosinsky 2006
El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1
534 Infiltracioacuten por efecto del suelo
La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy
24
119870 (119888119898
119898119894119899) =
119876
119886lowast119905119883
119871
119898119894119899 Ec 2
A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)
Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera
119863119860 =119875119904
119881 Ec 3
DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)
La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas
535 Muestreo de suelo
Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional
25
Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo
Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia
bibliograacutefica
Conductividad
hidraacuteulica
Determinacioacuten en
laboratorio mediante la
construccioacuten de
permeaacutemetro de flujo
constante con cilindro
de muestra
119870119904 = (119876
119860119905) (
119871
119867) Ec 4 Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Capacidad de
campo
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
033 atm durante 72
horas
119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 5
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Punto de
marchitez
Determinacioacuten en
laboratorio Saturacioacuten
de cilindros para su
posterior extraccioacuten de
agua mediante
aplicacioacuten de presioacuten a
15 atm durante 72
horas
119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)
119875119891119909100
Ec 6
Henriacutequez y
Cabalceta 1999
Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia
536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo
El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten
de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de
infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con
datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de
26
precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla
4)
Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra
Ret = retencioacuten de lluvia en
el follaje [mmmes]
Ret = (P)(Cfo)
Ec 7
Si P es menor o igual
a 5 mmmes Ret = P
Si el producto
(P)(Cfo) es mayor o
igual de 5
mmmes
Si P es mayor de
5mmmes y el
producto
(P)(Cfo) menor de 5
Ret = 5
P = precipitacioacuten mensual del mes
[mmmes]
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje
Bosques muy densos Cfo = 020
Otros Cfo = 012 [adimensional]
Ci = coeficiente de
infiltracioacuten adimensional
Ci = Kv + Kp + Kfc
Ec 8
Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto
del uso de la tierra (adimensional)
Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto
del terreno (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto
del suelo (adimensional)
Kfc = fraccioacuten que infiltra
por efecto del suelo
(adimensional)
Si 16 le fc le 1568
mmdiacutea Kfc =
0267middotln fc ndash
0000154middotfc ndash 0723
Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc
= 00148 middot fc 16
fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo
(mmdiacutea)
27
Si fc gt de 1568
mmdiacutea Kfc = 1
Ec 9
Pi = precipitacioacuten que
infiltra mensualmente al
suelo (mmmes)
Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)
Si P le 5 mm Ret = P
Si el producto PmiddotCfo ge
5 mm Ret = PmiddotCfo
Si P gt 5 mm y el
producto PmiddotCfo lt 5
Ret = 5
Ec 10
Ci = coeficiente de infiltracioacuten
(adimensional)
P = precipitacioacuten mensual
(mmmes) (dato de estacioacuten
meteoroloacutegica)
Ret = retencioacuten de lluvia mensual
por el follaje (mmmes)
Cfo = coeficiente de retencioacuten del
follaje (adimensional)
Fuente Elaboracioacuten propia
537 Balance del agua en el suelo
A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas
de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica
los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la
cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja
de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la
vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias
bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad
de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)
538 Evapotranspiracioacuten
La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la
traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la
evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el
suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo
es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute
determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes
especiacutefico
28
Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los
distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo
de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina
evapotranspiracioacuten potencial (ETP)
Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual
El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo
Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la
temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada
mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura
La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten
altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros
de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de
referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener
la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten
119864119879119875 = 16 (10119879
119897) 119909 119886
119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239
119894 =119905
5 x 1514
119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11
ETP evapotranspiracioacuten en mm
I iacutendice caloacuterico anual
i iacutendice caloacuterico mensual
T temperatura media mensual en ordmC
a exponente empiacuterico funcioacuten de I
Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial
real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la
evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A
su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de
evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten
16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3
Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo
a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a
porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el
dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de
marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de
29
raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de
humedad (Ec 13 tabla 5)
539 Recarga al acuiacutefero
Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se
acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de
lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman
el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el
suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el
sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)
Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de
los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se
describen a continuacioacuten
5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado
Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad
anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el
cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la
precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica
tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una
vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas
en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a
calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf
corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute
continuamente en el balance anual (Ec 20)
El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes
maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se
refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la
humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada
con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se
aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de
humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso
se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)
Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el
coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que
la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la
ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)
30
La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede
ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad
disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute
evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada
al valor de humedad disponible
Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)
(CC ndash PM)
Ec12
HS = humedad del suelo ()
ET = evapotranspiracioacuten de la
planta a capacidad de campo
(mmdiacutea)
CC = capacidad de campo ()
PM = punto de marchitez ()
HSv = humedad del suelo
( por volumen)
HSv = HSp DA
DenAgua
Ec 13
HS = HSv PR
Hs = humedad del suelo como
laacutemina de agua (mm)
HSp = humedad del suelo (
por peso)
DA = densidad aparente
(gcm3)
DenAgua = densidad del agua
(gcm3)
PR = profundidad de raiacuteces
(mm)
C1 = coeficiente de
humedad al final del mes
antes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C1 = (HSi ndash PM + Pi)
(CC ndash PM)
Ec 14
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
31
PM = punto de marchitez (mm)
C2 = coeficiente de
humedad al final del mes
despueacutes de que ocurra la
evapotranspiracioacuten
C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash
ETR1) (CC ndash PM)
Ec 15
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
CC = capacidad de campo (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR1=
evapotranspiracioacuten
potencial real (mmmes)
considera la humedad
correspondiente al
coeficiente de infiltracioacuten
ETR1 = C1middotETP
Ec 16
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
ETPR =
evapotranspiracioacuten real
tentativa promedio en
una zona ocurrida
durante el mes (mmmes)
ETPR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Ec 17
C1 = coeficiente de humedad al
final del mes antes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
C2 = coeficiente de humedad al
final del mes despueacutes de que
ocurra la evapotranspiracioacuten
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HSi = humedad del suelo
inicial (inicio de mes)
HSi = es igual a la
humedad de suelo final
del mes anterior (HSf de
ecuacioacuten 20)
HSi = humedad del suelo inicial
(inicio de mes) [mm]
HSf = humedad del suelo final
(final de mes) [mm]
32
Ec 18
HD = humedad
disponible (mm)
HD = His + Pi - PM
Ec 19
HSi = humedad del suelo al
inicio del mes (mm)
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
PM = punto de marchitez (mm)
Si ((C1 + C2) 2)middotETP le
HD ETR = ((C1 + C2)
2)middotETP
Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt
HD ETR = HD
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
ETP = evapotranspiracioacuten
potencial (mmmes)
HD = humedad disponible (mm)
HSf = humedad del suelo
final al final del mes
(mm)
Si (HD + PM ndash ETR) lt
CC HSf = (HD + PM ndash
ETR)
Si (HD + PM ndash ETR) ge
CC HSf = CC
La HSf no puede ser
mayor a la CC
Ec 20
HD = humedad disponible (mm)
PM = punto de marchitez (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
CC = capacidad de campo (mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)
5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero
La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para
llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de
las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la
evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21
(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la
multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)
33
Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial
Rp = recarga potencial
mensual (mmmes)
Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR
Ec 21
Pi = precipitacioacuten que infiltra
(mm)
HSi = humedad inicial del suelo
al inicio del mes (mmmes)
HSf = humedad del suelo final al
final del mes (mm)
ETR = evapotranspiracioacuten real
promedio de la zona (mmmes)
Volumen de recarga
V= Rp x A
Ec 22
V = volumen de recarga
[m3mes o m3antildeo]
Rp = recarga potencial al
acuiacutefero [mmes o mantildeo]
A = aacuterea donde se genera la
recarga potencial [m2]
5312 Zonas de balance hiacutedrico
Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten
contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores
determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la
distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute
a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las
cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de
encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon
puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada
poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7
34
Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute
Zona de balance Caracteriacutesticas
Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto
Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz
Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a
7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea
Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7
Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente
mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara
Fuente Elaboracioacuten propia
35
En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014
Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante
la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener
datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios
de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute
imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015
36
La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos
vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en
funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para
no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute
una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate
cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar
valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco
sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis
Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron
1 Bosque
2 Plantacioacuten de cipreacutes
3 Pastos
4 Cultivos
5 Urbano
En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de
bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con
respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el
propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los
valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute
un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La
determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el
Anexo 1
5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten
Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en
cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio
de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir
del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo
los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo
limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron
aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor
Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a
2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al
aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida
entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A
continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada
37
119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888
Ec 23
Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)
Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)
Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)
Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)
Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero
de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente
de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor
determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute
de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente
mencionados y puede verse en el Anexo 2
54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos
temporales 2025-2030 y 2050-2055
Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en
la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los
escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)
Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto
de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos
procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se
tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett
1986 Nuacutentildeez 1981)
Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico
tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por
el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado
en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un
nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales
a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han
definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada
caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle
los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten
38
541 Datos climaacuteticos
La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las
predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto
Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar
que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena
calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos
En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que
generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los
MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3
UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los
resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las
variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada
de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados
por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y
precipitacioacuten hasta el antildeo 2100
Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron
a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al
(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten
horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1
km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una
climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)
En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)
39
542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten
2020-2015 y 2050-2055
Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten
543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055
Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada
40
Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas
55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en
la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias
En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores
pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos
negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal
determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las
condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra
Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso
hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por
el uso de tecnologiacuteas limpias
Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el
potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual
reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y
praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta
podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados
del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias
para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia
de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del
agua para consumo humano
Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua
para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan
asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o
adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos
2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se
efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados
obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido
para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad
41
6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute
611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos
de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del
antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad
importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se
encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones
superficiales
Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro
Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa
Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia
(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones
subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca
Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013
Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto
1 Minas 1 111389639 48797409
San Joseacute de la Montantildea
2 Minas 2 111389639 48797409
3 Minas 3 111389639 48797409
4 Braely 111364424 48814481
5 San Miguel 111366903 48833982
6 Peacuterez 1 111409946 48788930
7 Peacuterez 2 111406845 48790427
8 Peacuterez 3 111405646 48789226
9 Steinvorth 111349264 48720636
San Pedro
10 Segura 111345774 48735528
11 Naranjo 111345970 48719197
12 Centro 111345766 48718521
13 Bosque 111345813 48714292
14 Tina 1 111231888 48539927
Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278
16 Tina 3 111230738 48540211
17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara
18 Chayotera 111257510 48547496
19 Roble Alto 111312427 48622545
20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH
21 Flores 2 111694694 48936626
42
22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo
Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6
hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo
caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura
3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en
sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten
por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del
recurso a nivel gubernamental
Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca
Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en
la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios
como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo
43
Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor
proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras
microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten
de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca
612 Clasificacioacuten en tipo de usuario
Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta
con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en
el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados
del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7
423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)
Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca
Clasificacioacuten seguacuten tipo de
usuario
Acueducto
San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea
ESPH
Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial
74 43 102 261
Agropecuario 6 4 5 0
Total 2033 1134 1341 2915
Fuente Elaboracioacuten propia
La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes
de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un
total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes
mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa
cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la
provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro
de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de
la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute
la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9
Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar
Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados
sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la
que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi
insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio
existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus
labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes
44
Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente
Elaboracioacuten propia
Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro
y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres
Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que
la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el
acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados
como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado
nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad
poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios
agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los
acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso
de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola
613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el
comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de
factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado
de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por
la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes
relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que
intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua
subterraacutenea
9333
647020
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario
45
Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del
volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud
Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud
desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura
5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos
maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten
Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente
Elaboracioacuten propia
Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la
parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se
presentan pendientes de moderadas a suaves
46
Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten
propia
La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a
30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en
las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15
se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano
ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)
47
Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos
Categoriacutea
Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio
()
1 0-3 884276 32
144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47
Fuente Elaboracioacuten propia
Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra
que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia
del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es
notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies
proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava
aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro
Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y
tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde
subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle
Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva
constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en
general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y
percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)
Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta
geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se
le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el
cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de
origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia
el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las
partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve
ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del
Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez
1999 Bergoeing 2007)
Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo
andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las
texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se
caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar
buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible
48
a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva
(Alvarado et al 2000) (fig 7)
La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y
velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de
vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los
principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte
de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)
Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
614 Uso de la tierra
En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra
es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas
49
pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios
de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal
es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de
acuiacuteferos
En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de
la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten
responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes
draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014
Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015
Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()
Bosque 67 240
Plantacioacuten 38 137
Pasto 36 127
Cultivo 101 361
Urbano 38 135
Total 28 100
Fuente Elaboracioacuten propia
Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada
a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate
cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas
siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de
bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios
secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones
forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias
suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el
balance hiacutedrico
El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La
cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar
a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual
comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos
representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos
pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso
En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales
a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque
el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten
Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y
secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)
principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media
se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los
50
distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son
maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados
importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de
Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca
Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten
propia
615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las
fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de
agua potable de una zona del Valle Central
Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en
donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua
51
de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de
concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las
concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo
que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten
de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para
abastecimiento de proyectos agropecuarios
La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en
una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones
con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado
asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio
del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra
que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la
posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo
negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los
agravantes que esto trae
Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Nuacutemero de concesiones
Caudal concesionado (ls)
Promedio por concesioacuten (ls)
Manantial 92 24204 263
Pozo 50 1591 32
Superficial 19 9592 505
Total 161 3539
Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE
En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten
importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el
impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos
subyacentes
En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes
altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen
pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en
la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa
una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde
se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)
52
Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como
reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias
La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran
actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de
riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada
a labores agropecuarias
53
616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute
de 2000 a 2014
El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con
influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa
Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos
temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las
estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los
voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A
continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones
Monte de la Cruz
Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite
estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una
estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo
anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los
1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca
Santa Baacuterbara
Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de
montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un
comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la
disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y
Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten
pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca
Santa Luciacutea
Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la
segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve
ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de
la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca
Juan Santa Mariacutea
Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre
el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes
bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El
comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca
ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca
54
Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del
IMN corregidos
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Monte de la Cruz
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Luciacutea
0
200
400
600
800
1000
1200
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Santa Barbara
0
200
400
600
800
1000
1200
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Ene
ro
Julio
Pre
cip
itac
ioacuten
(m
m)
Meses
Juan Santa Mariacutea
55
De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la
informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la
estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una
precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que
cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a
lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan
Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento
notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de
27356 m3
Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)
Estacioacuten Promedio
mensual
Desviacioacuten
estaacutendar
Total de
meses
Maacuteximo
mensual
Precipitacioacuten total
2000 - 2014
Monde de la
Cruz 2561 1944 180 10567 461078
Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718
Santa
Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798
Juan
Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de
precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en
la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno
del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)
Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-
2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
00
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Ener
o
Julio
Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar
56
617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales
Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la
microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los
manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al
comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los
incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a
detalle en el siguiente capiacutetulo
Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos
anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de
sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince
diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014
fecha final del anaacutelisis
Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran
variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a
la respuesta del comportamiento climaacutetico
En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento
bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su
caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de
marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre
Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose
picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Chagos
57
comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la
estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la
atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso
abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del
acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez
significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)
Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el
duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la
Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta
a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el
antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de
un mes aproximadamente (figura 14)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Calle Segura
58
Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta
teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los
picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de
medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en
donde no es visible desviaciones positivas ni negativas
Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base
Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre
con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por
debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a
considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha
sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Ener
o-1
2
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Steinvorth
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
May
-11
Jun
-11
Ago
-11
Set-
11
No
v-1
1
Enero-hellip
Feb
-12
Ab
r-1
2
May
-12
Jul-
12
Oct
-12
No
v-1
2
Ene-
13
Feb
-13
Ab
r-1
3
May
-13
Jul-
13
Jul-
13
Set-
13
Oct
-13
Dic
-13
Feb
-14
Mar
-14
May
-14
Jun
-14
Ago
-14
Set-
14
No
v-1
4
Naranjo
59
Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente
Elaboracioacuten propia con datos del IMN
El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal
base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la
estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo
anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el
periodo de anaacutelisis (fig 17)
Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014
Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los
manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y
Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle
Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor
sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento
variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la
000
500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
Jun
-10
Set-
10
Dic
-10
Feb
-11
Mar
-11
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-11
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-11
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-11
Set-
11
No
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1En
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-12
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-12
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2M
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12
Ene-
13
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14
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Centro
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500
1000
1500
2000
2500
Mar
-10
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-11
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Oct
-11
Dic
-11
Feb
-12
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2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
Feb
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3
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Set-
13
No
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3
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14
Mar
-14
May
-14
Jul-
14
Set-
14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Bosque
60
sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un
periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras
acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema
subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos
equivalentes
Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo
2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN
000
500
1000
1500
2000
2500M
ar-1
0
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10
No
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-11
Ago
-11
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-11
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-11
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2
Jun
-12
Oct
-12
Dic
-12
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3
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14
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14
No
v-1
4
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque
61
La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra
resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las
variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica
se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten
puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales
seguacuten los registros meteoroloacutegicos
Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos
del IMN y Asada San Pedro
0
100
200
300
400
500
600
700
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0
5
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-12
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14
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14
No
v-1
4
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itac
ioacuten
(m
m)
Cau
dal
(l
s)
Observaciones quincenales
Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth
Naranjo Centro Bosque
62
62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014
en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015
Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de
las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de
la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua
que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de
estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga
potencial
Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que
potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir
que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e
hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen
de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea
efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten
La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de
las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido
000
100
200
300
400
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
63
entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no
exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado
los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial
conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores
maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el
antildeo
622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio
tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas
urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las
zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el
cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los
demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la
impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de
recarga como se muestra en la tabla 16
Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute (km2)
Zonas de recarga
Antildeo 1 2 3 4 5 6
2000 363 660 304 258 669 287
2001 363 659 303 256 668 287
2002 363 658 302 255 667 286
2003 363 657 302 253 666 286
2004 363 656 301 251 665 285
2005 363 654 300 250 664 285
2006 363 654 300 249 660 283
2007 363 654 300 248 657 282
2008 363 654 300 246 653 280
2009 363 654 300 245 650 279
2010 363 654 299 244 646 277
2011 363 654 299 243 643 276
2012 363 654 299 242 639 274
2013 363 654 299 241 635 273
2014 363 654 299 240 632 271
Fuente Elaboracioacuten propia
El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias
y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos
y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre
el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en
64
el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de
los valores de recarga
623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014
El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del
total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor
promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta
variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones
climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las
condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga
(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los
reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el
sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)
Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia
Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras
que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima
recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos
mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga
4678 46754948
6476
56195463
5101
7033
7836
4387
6768
5846
5025 5166
4399
2000
4000
6000
8000
10000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
65
624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos
atmosfeacutericos
Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia
de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota
un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea
impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable
considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los
voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las
aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea
ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas
Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones
importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo
de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable
Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de
recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice
Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este
iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y
Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos
(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media
moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la
regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)
Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen
eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las
cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo
Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso
En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro
eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-
2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados
como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-
2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-
2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados
Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea
fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron
notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados
con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan
por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se
ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos
significativos en los valores de precipitacioacuten
66
La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS
mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos
producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos
provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)
Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)
625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca
del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014
Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo
atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra
heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia
La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo
como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona
Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo
diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten
ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la
temperatura promedio maacutes baja
Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas
ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante
variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en
donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)
-15
-1
-05
0
05
1
15
2500
3500
4500
5500
6500
7500
8500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
ON
I
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Antildeos
Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS
El Nintildeo
La Nintildea
67
Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten
propia
En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el
antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor
precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2
tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto
incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la
principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la
capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)
68
Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten
propia
El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten
de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de
humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de
manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se
muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4
5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)
69
Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten
propia
Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con
respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es
el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman
los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La
singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara
ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las
estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta
de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien
fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se
70
mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos
evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el
volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las
zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial
para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26
Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten
propia
71
63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y
2050-2055
631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030
Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el
mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de
la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la
afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo
escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales
representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055
fueron escogidos como indicadores de largo plazo
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en
la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero
en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta
considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante
similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el
cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura
que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor
intensidad (fig 27)
Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2025 2026 2027 2028 2029 2030
72
La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten
y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-
2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de
noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un
descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo
residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del
diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca
632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055
Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo
2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de
mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten
seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores
de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo
2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)
Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril
exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un
comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014
Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha
000
050
100
150
200
250
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Re
carg
a p
ote
nci
al m
3
Meses
2050 2051 2052 2053 2054 2055
73
variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el
anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030
La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la
caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no
existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es
usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la
recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento
de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la
existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad
el mostrado en mayo-junio
633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos
relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada
se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal
cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El
cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)
Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 674 674 673 673 672 672
Zona 3 322 322 321 321 321 320
Zona 4 255 254 252 251 250 249
Zona 5 678 673 668 663 659 654
Zona 6 292 291 290 289 288 287
Fuente Elaboracioacuten propia
634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo
El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la
homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a
la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento
del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una
limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)
74
Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las
zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de
pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de
regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que
incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto
pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo
la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad
o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla
16)
Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Zona 1 362 362 362 362 362 362
Zona 2 663 662 662 661 661 660
Zona 3 311 311 310 310 309 309
Zona 4 224 223 221 220 219 218
Zona 5 559 555 550 545 540 536
Zona 6 267 266 265 264 263 262
Fuente Elaboracioacuten propia
47865048 4910 5006 4847 4804
2000
4000
6000
8000
10000
2025 2026 2027 2028 2029 2030
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
75
636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo
El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado
principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones
climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes
anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como
miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace
mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados
pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga
caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del
aacuterea impermeabilizada (fig 30)
Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la
microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los
escenarios a mediano y largo plazo
En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada
en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de
escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El
promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga
en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta
visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en
comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico
4256 4207
4916
44684889
4244
2000
4000
6000
8000
10000
2050 2051 2052 2053 2054 2055
Vo
lum
en
de
re
carg
a h
m3
Antildeos
76
iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el
mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser
similar al pico de setiembre octubre (fig 31)
Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia
La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo
interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor
recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los
manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos
escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo
por parte de los entes encargados del abastecimiento
La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el
periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las
necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la
cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados
La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede
deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos
para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como
los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas
000
050
100
150
200
250
300
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Re
carg
a p
ote
nci
al e
n h
m3
Meses en 5 antildeos
Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054
77
y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se
encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad
y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)
El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra
valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del
lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en
el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen
una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres
lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)
Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054
Promedio 09 11 11 10 09 09
Desv Std 09 09 10 09 07 08
Fuente Elaboracioacuten propia
638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el
periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga
Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes
decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando
hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos
2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen
aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)
78
Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente
Elaboracioacuten propia
En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca
a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios
dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales
y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-
2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten
estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga
potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)
Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo
Periodos de recarga (hm3)
2000-2004
2005-1009 2010-2014
2000-2014
2025-2029
2050-2054
Promedio 233 266 262 254 236 219
Desv Std
214 237 255 213 183 177
Fuente Elaboracioacuten propia
La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No
obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar
comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier
000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Ene
Mar
May Ju
l
Set
No
v
Vo
lum
en d
e re
carg
a h
m3
Meses
2000-2014 2025-2029 2050-2054
79
tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes
herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes
eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria
con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se
trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente
Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos
en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial
el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis
correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar
en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de
la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen
mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la
zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo
humano
Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en
los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este
comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia
de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al
promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute
demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de
intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la
NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de
magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos
En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de
condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad
que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS
La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos
climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el
aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura
oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et
al 2013)
Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en
cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de
precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan
mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de
los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes
de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga
80
Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas
acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los
acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de
la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas
(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en
los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes
altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores
voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la
microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones
hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo
que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los
escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten
Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre
asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se
mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos
bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento
poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de
emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos
de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima
puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran
en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite
prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este
umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que
subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como
temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos
(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la
climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo
PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del
oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)
81
7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la
microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de
tecnologiacuteas limpias
Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de
maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten
abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al
permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y
largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que
mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador
como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico
que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que
posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los
mismos
Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los
esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los
entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se
abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los
principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como
prioritarias
La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se
nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el
conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la
recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles
son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente
71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso
hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias
La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las
estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la
gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten
del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta
transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva
provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en
los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a
nivel local y nacional
Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten
Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las
82
variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel
de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las
municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en
las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es
necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores
poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca
Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los
resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde
la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de
decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)
Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia
El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las
cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al
cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos
generales como se muestra en la figura 33
Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea
y gestioacuten del RH
Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de
medidas internas
Socializacioacuten de la informacioacuten con la
sociecidad civil concerniente
Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones
sustentas en el adecuado manejo del
RH
83
Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)
Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos
actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad
la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman
2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los
mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz
para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio
climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica
hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas
deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente
aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva
implementacioacuten (Postigo et al 2013)
En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos
autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de
la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las
tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso
hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de
menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten
cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea
el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar
con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente
representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios
agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado
haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente
en el sector productivo
Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben
ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en
teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes
84
eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una
oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de
sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas
limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden
ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo
Porrosatiacute se encuentran
Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro
de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo
Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor
volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de
la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron
en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los
escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las
posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos
muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque
estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor
seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de
las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten
(fig 33)
bullUso racional en labores domesticas
bullSanitarios eco-eficientes
bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras
Domiciliar
bullSistemas de riego por goteo
bullCosecha de agua llovida
bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua
Agropecuario
bullGrifos y sanitarios inteligentes
bullEcoeficiencia en procesos
bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional
Comercial -Industrial
85
Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el
mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia
Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten
hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a
este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan
importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de
impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso
urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan
en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten
86
Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
Factor Descripcioacuten
Precipitacioacuten
Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el
registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo
plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea
aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de
recarga
Temperatura
Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en
el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo
plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de
evapotranspiracioacuten
Suelo
Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones
fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten
y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron
cercanos y considerados como muy buenos
Uso de la tierra
La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque
y plantaciones forestales predominantemente siendo usos
que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del
agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas
naturales
Fuente Elaboracioacuten propia
La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento
humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la
microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en
cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute
potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas
hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de
conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios
Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre
otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de
Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la
microcuenca del Porrosatiacute
La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten
de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es
concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca
para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua
subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual
tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo
87
A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten
de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en
zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y
participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las
que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas
en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y
abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las
condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan
72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la
disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute
En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para
aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los
escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda
realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel
operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental
Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la
planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo
El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del
agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten
se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros
climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los
procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la
calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados
confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un
factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten
de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico
Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes
permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar
foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las
fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y
obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental
contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que
la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o
recomendaciones equivocadas
La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad
compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las
88
institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede
ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo
Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del
recurso
Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores
del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos
disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del
almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso
El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para
abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el
mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San
Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente
Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de
las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida
por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas
situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la
resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del
Volcaacuten Barva
A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance
tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de
comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica
relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas
para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda
en el mediano y largo plazo
89
8 CONCLUSIONES
La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de
poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes
y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que
sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los
sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la
poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana
Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos
subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios
en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual
disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este
sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por
considerar en los escenarios futuros
Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera
clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de
las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la
laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua
subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas
de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas
de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua
subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades
necesarias para garantizar el abastecimiento requerido
Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la
labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las
instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en
cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la
intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el
proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos
eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y
disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos
Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten
de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la
sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe
la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente
consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la
seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en
las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la
microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con
90
condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han
obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen
superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la
dotacioacuten del liacutequido
La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con
valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas
La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes
montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se
combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea
impermeabilizada y poca cobertura boscosa
La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca
aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los
escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea
impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica
reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la
microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del
Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos
generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante
Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos
ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar
en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando
impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas
altas de la microcuenca
El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para
el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los
entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un
100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en
casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del
funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor
utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus
caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes
subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos
de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes
superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto
existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial
posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas
A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la
incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo
hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos
91
regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual
continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos
avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo
ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de
uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las
decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que
el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y
realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral
Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la
importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas
de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de
conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en
la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del
conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El
empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por
parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores
puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a
las condiciones actuales de abastecimiento
92
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