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Taller de Capacitación Sobre Evaluación de Vulnerabilidad y Adaptación al Cambio
Climático en el Sector de Recursos Hídricos: Aplicación del Modelo WEAP en
la Cuenca del Río Paute
Sebastián Vicuña, PhDDirector Ejecutivo Centro de Cambio Global UC
Investigador Asociado, SEI-US
Cuenca, 9 Marzo 2009
Presentación
� Presentación del Modelo WEAP� Desarrollo modelo Cuenca Río
Paute� Utilización modelo Cuenca Río
Paute
Presentación
� Presentación del Modelo WEAP� Desarrollo modelo Cuenca Río
Paute� Utilización modelo Cuenca Río
Paute
Tipos de Modelos de Recursos Hídricos
� Hidráulico : modelos de procesos biofísicos que describen el flujo en ríos, inundaciones entre otros
� Hidrología : procesos que relacionan precipitación y escorrentía
� Planificación : modelos de los sistemas de recursos hídricos
Que modelo?...Que preguntas esta tratando de responder?
Modelo Hidráulico� Preguntas criticas
� Cuan rápido, cuan profundo fluye el río (efectos de inundaciones)
� Como los cambios en el caudal y la morfología de los canales impactan el transporte de sedimentos y los servicios que provee (habitas para peces, recreación, etc.).
Modelo Hidrológico
� Preguntas criticas� Como es la relación entre precipitación y caudal en
el río?
� Cuales son los caminos que sigue el agua a través de la cuenca?
� Como afectan estos movimientos la magnitud, temporalidad, duración y frecuencia de caudales en el río, así como la calidad de las aguas?
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Modelo de Planificación� Preguntas criticas
� Como deber ser distribuida el agua entre varios usos en momentos de déficit?
� Como deben restringirse las operaciones de los sistemas para proteger los servicios que provee el río?
� Como debe operarse la infraestructura en el sistema (ej, reservorios/embalses, obras de extracción de agua) para lograr el máximo beneficio (económico, social, ecológico)?
� Como cambian la distribución, operación y restricciones de operación si nuevas estrategias de manejo son introducidas al sistema?
WEAP: Modelo Hidrológico y de Manejo de Aguas
�Ventaja de WEAP21: Integra sin quiebres los procesos hidrológicos en la cuenca con el sistema de manejo de recursos hídricos
� Puede recibir directamente información climática
� Basado en una visión holísticae integrada del manejo de los recursos de agua (integratedwater resources management -IWRM) – oferta y demanda de agua
El Sector de Recursos HídricosLos distintos usos del Agua
Cantidad de AguaCalidad del Agua
Temporalidad de los flujosRegulación
Agua para la agricultura
Agua para los hogares
Agua para la industria
Agua para naturaleza
Agua para recreación
Las capacidades de WEAP
�Lo que puede hacer�Planificación a alto
nivel a escalas locales o regionales
�Manejo de demanda�Distribución de agua�Evaluación de
infraestructura
Lo que no puede hacer�Operaciones a escalas
menores que diarias�Optimización de la
oferta y demanda (ej. minimización de costos o maximización de bienestar social)
Study DefinitionSpatial Boundary System ComponentsTime Horizon Network Configuration
EvaluationWater Sufficiency Ecosystem RequirementsPollutant Loadings Sensitivity Analysis
Current AccountsDemand Pollutant GenerationReservoir Characteristics Resources and SuppliesRiver Simulation Wastewater Treatment
ScenariosDemographic and Economic ActivityPatterns of Water Use, Pollution GenerationWater System InfrastructureHydropowerAllocation, Pricing and Environmental PolicyComponent CostsHydrology
WEAP: Interfaz con el Usuario
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Estructura de WEAPBarra de Menú
5 Vistas Principales
Requerimientos de Datos
� WEAP le permite al usuario determinar el nivel de complejidad deseado� Dependiendo de las preguntas que
tienen que ser abordadas
� La disponibilidad de datos
Desde lo simple… Hasta lo complejo….
Requerimientos de datos: Oferta de Agua
� Oferta de agua definida por el usuario (caudal en determinados ríos dados como series de tiempo)� Series de tiempo de caudal en río (cabecera) m3/s� Red de ríos (conectividad)
� Alternativamente la oferta puede ser calculada a través del modulo hidrológico (dejar que la cuenca genere el caudal en el río)� Atributos de la cuenca
� Área, tipo cubierta. . .
� Climatología� Precipitación, temperatura, velocidad del viento, y
humedad relativa
Caudales y Demandas son prescritas por el usuario
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Dejar que el Clima Maneje la Hidrología
El Modulo Hidrológico2-Baldes en WEAP
Smax
Rd z1
Interflow =
f(z1,ks, 1-f)
Percolation =
f(z1,ks,f)
Baseflow =
f(z2,drainage_rate)
Et= f(z1,kc, �, PET)
Pe = f(P, Snow Accum,
Melt rate)
Plant
Canopy
P
z2
L
u
Surface Runoff =f(Pe,z1,1/LAI)
Sw
Dw
Requerimientos de Datos:Demanda
� Datos para la demanda de agua: multi-sectorial� Demanda municipal e industrial
� Agregada por sector económico (manufactura, turismo, etc.)
� Desagregada por población (ej., uso por persona, uso por grupo socioeconómico)
� Demandas en la agricultura� Agregado por área (# hectáreas, uso anual de
agua por hectárea)� Desagregado por requisitos para cada cosecha
� Demandas de los ecosistemas (caudales mínimos ecológicos)
Requerimientos de datos (continuación)
Agricultura
Industria
Municipal
AlgodónArrozTrigo...
EnergíaPetróleoPapel...
Ciudad del SurCiudad oriental...
Irrigación...
EnfriamientoProcesosOtros
Familia únicaMulti-familiar...
TendidoAspersiónGoteo
StandardEficiente...
CocinaBañoDuchaToilet...
SECTOR SUBSECTOR USO FINAL APARATO
Calibración y Validación
� Criteria para evaluar el modelo� Caudales a lo largo del cauce principal y
tributarios� Almacenaje en reservorio y descargas� Trasvases de aguas desde otras cuencas� Demanda y entrega de agua a la Agricultura� Demanda y entrega de agua a los sectores
municipal e industrial� Tendencia y niveles de agua almacenado en
los acuíferos
Modelando Caudal en Ríos
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Presentación
� Presentación del Modelo WEAP� Desarrollo modelo Cuenca Río
Paute� Utilización modelo Cuenca Río
Paute
1. Desarrollo de esquema básico, definición de fronteras temporales y físicas, determinación de características básicas del modelo
2. Recopilación de información
3. Desarrollo de modelo base
4. Calibración del modelo base
5. Desarrollo de escenarios futuros
Etapas en el desarrollo de un modelo
� Delimitación de cuencas� Topología� Sitios urbanos a considerar� Cultivos a considerar� Ecosistemas vulnerables� Comunidades (distintos niveles de
vulnerabilidad)� Modelaremos calidad del agua?� Incluiremos aguas subterráneas? Glaciares?
1. Características básicas
1. Desarrollo de esquema básico, definición de fronteras temporales y físicas, determinación de características básicas del modelo
2. Recopilación de información
3. Desarrollo de modelo base
4. Calibración del modelo base
5. Desarrollo de escenarios futuros
Etapas en el desarrollo de un modelo
� Bases de datos hidrológicas y climatológicas� Cartografía:
� Uso de suelo� Red Hidrográfica� Topografía
� Parámetros de cultivos/vegetación� Condiciones hidrogeológicas/acuíferos
2. Recopilación de información
� Censo población
� Censo agropecuario
� Infraestructura
� Operación de embalses
� Operación de canales de regadío (derechos de agua)
� Niveles de bombeo
� Generación hidroeléctrica
� Calidad del agua
� Condiciones de acuífero
2. Recopilación de información (con’t)
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� Estudio vulnerabilidad PACC: descripcion general, datos climatologicos, condiciones socioeconomicas, riego
� Tesis Rolando Celleri (y trabajos asociados): analisiscondiciones hidrometeorologicas en la cuenca
� Estudios CGPaute: caracterizacion hidrometeorologica, cartografia y capas SIG
� PROMAS: datos hidrometeorologicos, otras publicaciones
� Informacion Hidropaute: operación embalse
Recopilación de información Cuenca del Rio Paute
1. Desarrollo de esquema básico, definición de fronteras temporales y físicas, determinación de características básicas del modelo
2. Recopilación de información
3. Desarrollo de modelo base
4. Calibración del modelo base
5. Desarrollo de escenarios futuros
Etapas en el desarrollo de un modelo
i. Generar esquema/topologíaii. Distribuir usos de suelo para la cuenca iii. Generar datos climatológicos para las cuencas
seleccionadasiv. Asignar parámetros iniciales
3. Desarrollo de modelo(s) Base
1. Desarrollo de esquema básico, definición de fronteras temporales y físicas, determinación de características básicas del modelo
2. Recopilación de información
3. Desarrollo de modelo base
4. Calibración del modelo base
5. Desarrollo de escenarios futuros
Etapas en el desarrollo de un modelo
� Calibración por etapas1. Hidrología de las cuencas aportantes2. Hidrología de las cuencas laterales3. Uso de agua (irrigación/domestico)4. Operación embalses/canales de
distribución5. Niveles de bombeo (acuíferos)?6. Calidad del agua?
4. Calibración
1. Desarrollo de esquema básico, definición de fronteras temporales y físicas, determinación de características básicas del modelo
2. Recopilación de información
3. Desarrollo de modelo base
4. Calibración del modelo base
5. Desarrollo de escenarios futuros
Etapas en el desarrollo de un modelo
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� Clima: Escenarios cambio climático para la cuenca
� Población� Riego (superficie, tecnología)� Uso de suelos� Infraestructura (embalses, planta de
tratamiento)
5. Escenarios futuros
1. Desarrollo de esquema básico, definición de fronteras temporales y físicas, determinación de características básicas del modelo
2. Recopilación de información
3. Desarrollo de modelo base
4. Calibración del modelo base
5. Desarrollo de escenarios futuros
Desarrollo del modelo Paute
� Cronograma: � Diciembre 2008 comienza el trabajo con
recopilacion de informacion existente� Enero 2009: se trabaja en desarrollo
modelo base y trabajo SIG asociado apoyado por PROMAS
� Febrero 2009: se trabaja en calibracion de modelo
� Marzo 2009: se presentan los resultados
Desarrollo modelo Paute
� Características esenciales:� Limite espacial: se cubre solo hasta embalse
Amaluza (poner figura)� Resolución espacial: unidad base es la subcuenca y
en casos particulares microcuenca. Se subdivide en bandas de altura
� Resolución temporal: mes� Demanda de agua: se considera riego y demanda
urbana en tres urbes (Cuenca, Azogues y Gualaceo)� Se incluye solamente infraestructura asociada a
embalse Amaluza� No se consideran acuíferos
Desarrollo modelo Paute
Cuenca del Río Paute Cuenca del Río Paute
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� Generar esquema base (sin riego y sin embalse)� 1º: Crear área nueva (Paute)� 2º: Incorporar shapefiles� 3º: Centrar cuenca� 4º: Crear ríos� 5º: Crear catchments (una lista reducida)� 6º: Crear estructura de datos al interior de los
catchments (una lista reducida)
Actividad 1
� Generar esquema base (sin riego y sin embalse)
Actividad 1
� Generar esquema base (sin riego y sin embalse)
Actividad 1El Modulo Hidrológico
2-Baldes en WEAP
Smax
Rd z1
Interflow =
f(z1,ks, 1-f)
Percolation =
f(z1,ks,f)
Baseflow =
f(z2,drainage_rate)
Et= f(z1,kc, �, PET)
Pe = f(P, Snow Accum,
Melt rate)
Plant
Canopy
P
z2
L
u
Surface Runoff =f(Pe,z1,1/LAI)
Sw
Dw
� Generar esquema base (sin riego y sin embalse)
Actividad 1
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Usos de suelo
� Incluir climatología� 1º: Crear la estructura de datos en los key
assumptions� Los niveles en la estructura no abiertos consideran
todas las subcuencas del modelo� 2º: Crear las formulas al interior de los key
assumptions� 3º: Incluir formulas en demand sites
Actividad 3
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y = -0.0051x + 27.399
R2 = 0.9294
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Altitud (m.s.n.m.)
Te
mp
era
tura
(ºC
)
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� Calibración modelo (cuencas aportantes)� RAMDisk� Modulo hidrológico (explicación)� Formulas para calibración� Revisar resultados
Actividad 4 Versiones Calibración
� Partida Ejercicio Calibración� Fin Calibración 1� Ejercicio 5 Riego Incluido� Ejercicio 5 Calibrado Hasta San Francisco� Ejercicio 5 Calibrado PautePaute2� Ejercicio 5 Calibrado Paute Palmira� Base Calibración Amaluza� Opciones Calibración Amaluza� Ejercicio 6 Calibrado Amaluza� Base Escenarios Futuros
Riego
� Cobertura riego (censo agropecuario)� Selección de catchments con riego
� Escenarios Futuros� Clima� Población� Infraestructura� Uso de suelo � Sedimentación
Aplicaciones del Modelo Cambio Climático
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� Escenarios Futuros
� Sensibilidad hidrológica
Aplicaciones del Modelo
-40-40
-40
-20-20
-20
00
00
2020
20
4040
Delta Temperature (C)
Del
ta P
reci
pita
tion
(%
)
0 1 2 3 4 5-30
-20
-10
0
10
20
30
00
20
Change in annual flowB1 2010-2030A1b 2010-2030B1 2070-2099A1b 2070-2099PRECIS B2PRECIS A2
Sensibilidad Cuenca Limarí
� Escenarios Futuros
� Sensibilidad hidrológica
� Modelo de pronósticos, gestión� IRI
� GCM
Aplicaciones del Modelo
� Escenarios Futuros
� Sensibilidad hidrológica
� Modelo de pronósticos, gestión
� Refinar el modelo� Detalles Infraestructura (ej. Machangara)
� Detalles microcuencas (uso de suelo… páramo)
Aplicaciones del Modelo