Seguridad Hídrica yAdaptación al CambioClimático en Zonas Áridas ~ Christopher Scott

Elma Montaña (AR), Facundo Martin (AR), Carolina Vera (AR), Francisco Meza (CL), Alfredo Ribeiro (BR), Nicolás Pineda (MX), Bram Willems (PE), Ralph Marra (US), Christopher Scott (US) ~ entre otros colaboradores deAQUASEC Centro de Excelencia en Seguridad Hídrica

2

3

Zonas áridas40% del planeta y en expansión

Un mundo cada vez más caluroso …

4

… con precipitación más variable

5

Escenarios climáticos

Mediano plazo

GCMs

Largo plazo

Proyecciones temperatura – HadCM32070-21002040-20702010-2040

Proyecciones precipitación – HadCM32010-2040 2040-2070 2070-2100

9

Escasez de agua◦ hidroclimatológica◦ uso humano

Inseguridad energética Adaptación◦ ciencia y política◦ redes

Gobernanza◦ intersectorial◦ transfronteriza◦ inter-regional

Desafíos enfrentados en zonas áridas ofrecen lecciones para otras zonas

Ámerica del Norte occidental

Los Andes centrales

Regiones áridas

Nordeste de Brasil

Marco conceptual:Las fuerzas impulsoras del cambio global a la vez

representan mecanismos de adaptación

Desafíos• Escasez de agua• Inseguridad energética• Crecimiento demográfico• Mercados globalizados• Cambo climático

Implicancias e impactos

• Vulnerabilidad social• Ecosistemas deteriorados• Resiliencia del planeta

amenazada

• Planeación bajo incertidumbre• Diálogo ciencia – política• Manejo de la demanda de agua,

reuso• Infrastructura mediana-pequeña,

flexible• Restauración ecológica para

• Urbanización• Cambio de uso de suelo• Globalización económica• Hidro-clima “no-estacionario”

10Regional - Global

Regional - Global

Riesgo climático

Seguridad hídrica: sistemas

humanos y ecosistemas resilientes

Vulnerabi l idadVulnerabi l idad

Inundación

Sequía

Manejo adaptativo (agua, energía, infraestructura, tier ra, y

sistemas al imentar ios) Gobernanza (regionaly transfronter iza)

11

Seguridad Hídrica“la disponibilidad de cantidades y calidades de agua suficientes para las necesidades de la sociedad y de los ecosistemas resilientes, en el contexto del cambio global actual y futuro”. (Scott et al, 2013)

Respuestas adaptativas regionales Planeación bajo incertidumbreDiálogo ciencia – políticaManejo de la demanda de agua, reuso Infrastructura mediana-pequeña,

flexibleRestauración ecológica para

provisión de servicios ecosistemicos

12

Planeación bajo incertidumbre

13

14

Diálogo ciencia – política

El caso de aguas subterráneas

Wada et al. 2010. Global depletion of groundwater resources. Geophys. Res. Lett., 37, L20402.

Acuíferos con estrés hídrico en la región Sonora-Arizona

Simbología EUA

Simbología México

Bajo estrés por sobre-explotaciónImpactado por sobre-explotación

Impactado por intrusión salina

Retos globales, adaptaciones locales

Energía para los servicios de agua en Tucson y Phoenix

Area metropolitana de Tucson: 4 agencias administradoras de agua, uno de aguas residuales. Población total atendida ~830,000

Ciudad de Phoenix: Un organismo operador de agua potable y aguas residuales. Población atendida ~1.5 millones

Ciclo del uso del agua

Adaptado de: Klein, et al., 2005; Wilkinson, 2000

Fuente

1) Extracción y entrega primaria

2) Tratamiento y distribución

3) Uso final

4) Recolección y tratamiento de aguas

residuales

5) Agua reciclada/recuperada

El bombeo para transporte del agua en el Proyecto de Arizona Central domina el nexo

1) Extracción y entrega primaria

2) Tratamiento y distribución de agua

Proyección de demanda de electricidad

Scenario GeneralPlan (AF)

General Plan(GWh)

High Density(AF)

High Density(GWh)

CAP Normal &SRP Normal 475,687 722.7 581,020 774.7CAP Moderate &SRP Moderate 417,687 612.4 447,000 635.6CAP Severe &SRP Moderate 370,687 503.5 400,000 526.7CAP Severe &SRP Severe 206,100 452.2 306,000 452.2

Energía para el agua, Síntesis

El CAP es el mayor usuario de electricidad relacionado con los servicios de agua potable, tanto en la ciudad de Phoenix como en el área metropolitana de Tucson.

El uso de electricidad para los servicios de agua y manejo de aguas residuales en el área metropolitana de Tucson y la ciudad de Phoenix representó el 1.2% del consumo eléctrico de Arizona en 2005.

La demanda de energía eléctrica proyectada para Tucson y Phoenix equivaldrá aproximadamente a 1.1% de la demanda estatal en el año 2030.

El uso de electricidad para el manejo del agua y las aguas residuales en el área metropolitana de Tucson equivale aproximadamente al 5% del consumo de energía eléctrica total de los sectores residencial, comercial e industrial en esta misma área.

Hallazgos (1) Demanda urbana de agua considerando

conservación:◦ Arizona + 45% a 2030◦ Sonora + 18% a 2030

La demanda energética excede la disponibilidad de agua para enfriamiento en las condiciones actuales◦ Considerando la producción energética

combinada que se espera, la demanda de energía significará mayor demanda de agua por sí misma

Hallazgos (2) Escenario A1b del IPCC, para el siglo

21:◦ 3.0-3.5°C más caliente◦ 5-15% menos precipitación

Probabilidad ponderada de sequías prolongadas, ondas de calor y déficits en el Río Colorado

¿Desalinización es la siguiente en la lista? ◦ Implicaciones energéticas y ambientales

Hallazgos (3) Con la excepción de la energía solar

térmica, las energías renovables son más eficientes en el uso de agua, lo cual suma puntos a favor para el desarrollo de estas fuentes alternativas

En Sonora y Arizona existe gran potencial para el desarrollo de energías renovables

Hallazgos (4) Conservación del agua para uso

agrícola◦ Arizona – transferencia de derechos de agua a

las ciudades◦ Sonora – continúa agotamiento del agua

subterránea El agua subterránea es un recurso

estratégico◦ Es necesario examinar el “agua virtual” a través

de la frontera Energía para el agua◦ CAP – infraestructura es crítica, uso intensivo de

energía◦ Sonora – eficiencia, oportunidades para la

conservación

GW (ground-

water) pumping

Climat ic variabilit y

Aquifer deplet ion

Elect rical energy supply

Incremento en temperaturas aumenta ET y demanda de agua de cultivos

La variabilidad en el flujo superficial mueve la demanda para irrigación hacia el AS

El bajo costo de la electricidad

incrementa el bombeo de AS

La confiabilidad y temporalidad de energía eléctrica

reducen eficiencia en irrigación

ET de la irrigación puede alterar el

balance energético y el flujo de calor sensible y latente

Agotamiento de AS puede contribuir al

aumento en el nivel del mar y otros cambios

globales

El bombeo de agua subterránea cambia a

suministro de baja actividad; puede alterar

confiabilidad de la energía

El incremento en la demanda de energía es necesario para medidas

de adaptación en el corto plazo

Agotamiento de AS puede reducir

disponibilidad de agua para

enfriamiento en termoeléctricas

El N

exo

Agu

a su

bter

ráne

a-E

nerg

ía-C

lima

Incremento en temperatura aumenta demanda de electricidad para enfriadores, abasto de agua e irrigación

El aumento de la demanda energética cubierta por

Fuentes convencionales puede incrementar emisiones, impidiendo mitigación a largo

plazo

Generación de energía es

influenciada por tendencias hidro-

climáticas y políticas para mitigación de

concentraciones de carbono

6 Escenarios modeladosI. A1B-AGW – recarga por precip. y bombeo

agrícola calculado por ET derivada de temp.II. A2-AGW – el mismo que el anterior, pero

basado en proyección A2 para precip. y temp.III. A2-AGW-MV – se agrega demanda no

agrícola de la población (variante media de la ONU)

IV. A2-AGW-CF – demanda no agrícola de la población (tasa de fertilidad constante de la ONU)

V. A2-AGW-MV-E1 – se agrega un incremento del 1% anual en tarifas eléctricas para bombeo sobre la media del siglo 21.

VI. A2-AGW-MV-E2 –incremento del 2% anual en tarifas eléctricas para bombeo sobre la media del siglo 21.

Escenarios modeladosVariables

Escenarios

Drivers Climáticos Drivers Demográficos Drivers de política tarifaria

EC (A) RBP (B)ETBT-

AAS (C)

Demanda de agua no agrícola

1% IAT (F) 2% IAT (G)PP-VM (D) PP-FC (E)

1) A1B-AGW A1B 2) A2-AGW A2B 3) A2-AGW-MV A2B 4) A2-AGW-CF A2B 5) A2-AGW-MV-E1 A2B 6) A2-AGW-MV-E2 A2B

A) Escenario de emisiones de carbono (EC).B) Cálculo de recarga de agua basado en proyecciones de precipitación (RBP).C) Demanda de evapotranspiración (ET) basada en temperatura (BT) para el agua agrícola subterránea (AAS).D) Proyecciones poblacionales (PP) de variante media (VM) de la ONU.E) Proyecciones poblacionales de fertilidad constante (FC) de la ONU.F) 1% de incremento anual en la tarifa eléctrica (IAT) en el periodo 2010-2100G) 2% de incremento anual en la tarifa eléctrica en el periodo 2010-2100

Cambio climático (280 acuíferos)

CON 2% de incremento anual en la tarifa 09

El 2 % de incremento anual sobre el promedio del siglo 21 significa que la tarifa 09 en el año 2100 debería alcanzar los actuales precios de 2010 para el alto consumo doméstico o usuarios del servicio público (en pesos constantes del año 2010). En lugar de esto, de 1999 a 2009 las tarifas cayeron anualmente a una tasa compuesta de 0.94%.

SIN 2% de incremento anual en la tarifa 09

Regulación no exitosaDecretos de vedas y títulos de concesión por sí mismos son inadecuados; el volumen extraído excede al concesionado

Las intervenciones legales y regulatorias deben enfocarse en este nexo

Ley de Energía para el Campo (2002) un buen intento, pero con mucha oposición◦ Límite de energía anual basado en el volumen

concesionado ◦ Esta regulación basada en el nexo fue

sustituida en 2003 por la tarifa de uso nocturno“9N” (50% de la tarifa de día)◦ 2006- los agricultores lograron un subsidio de

$0.10 centavos mexicanos por kW-hora en las tarifas de uso diurno (SAGARPA, $ 686 millones de pesos mexicanos = $ 62 millones de dólares norteamericanos)

Venta de energía para la Agricultura por la CFE

0

1,000,000

2,000,000

3,000,000

4,000,000

5,000,000

6,000,000

7,000,000

8,000,000

9,000,000

10,000,000

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

1962

1964

1966

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1976

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1982

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1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

(MW

h)

Perc

enta

ge o

f tot

al d

eman

d

Year

Electricity demand for agricultural groundwater pumping in Mexico, 1962-2009

Agric. groundwater pumping (night)

Agric. groundwater pumping (regular/ day)

Agric. groundwater % of total demand

Alta tarifa 09 en los estados incrementa el bombeo

0 200,000 400,000 600,000 800,000

1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000 1,800,000 2,000,000

1988

19

90

1992

19

94

1996

19

98

2000

20

02

2004

20

06

2008

MW

h

Sonora Power Consumed to Pump Groundwater

Night Reg./ day

0 200,000 400,000 600,000 800,000

1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000 1,800,000 2,000,000

1988

19

90

1992

19

94

1996

19

98

2000

20

02

2004

20

06

2008

MW

h Chihuahua Power Consumed to Pump

Groundwater

Night Reg./ day

0 200,000 400,000 600,000 800,000

1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000 1,800,000 2,000,000

1988

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90

1992

19

94

1996

19

98

2000

20

02

2004

20

06

2008

MW

h

Coahuila Power Consumed to Pump Groundwater

Night Reg./ day

0 200,000 400,000 600,000 800,000

1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000 1,800,000 2,000,000

1988

19

90

1992

19

94

1996

19

98

2000

20

02

2004

20

06

2008

MW

h

Guanajuato Power Consumed to Pump Groundwater

Night Reg./ day

Bombeo de AS impulsado por el agua virtual (exportación de

frutas y verduras)

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

MC

M/y

ear

Mexico's Virtual Groundwater Exports in Vegetables and Fruits to the U.S.

Other fruit

Citrus

Other vegetables

Peppers

Onions

Tomatoes

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

MC

M/y

ear

Mexico's Total Virtual Water Exports in Vegetables and Fruits to the U.S.

Not groundwater irrigated

Groundwater irrigated

Virtual surface waterVirtual groundwater

Comisión Nacional del Agua- CONAGUA Comisión Federal de Electricidad- CFE

La rivalidad debe moverse hacia una relación colaborativa

Se requiere extenso intercambio de información para una toma de decisiones informada

La demanda de agua para la generación de energía únicamente se incrementará

Hydroenergía- otra oportunidad perdida en el nexo

Usuarios de aguas subterráneas y la auto-regulación por COTAS

Comités Técnicos de Aguas Subterráneas El modelo de la CONAGUA◦ Plataforma de coordinación centrada en la

autoridad federal

El modelo estatal de Guanajuato◦ GIRH, pero sin mandato legal◦ Ausencia de incentivos

Conclusiones Futuro de las políticas públicas◦ Agua subterránea como un recurso/reserva estratégica, o◦ Agotamiento del agua subterránea– ¿Puede esto

planearse? ¿Es política, social, y ambientalmente viable? El agua subterránea es un recurso estratégico El efecto combinado de los drivers del clima, la

energía y la población La equidad intergeneracional se sobrepone a la

equidad sectorial, espacial o transfronteriza Los argumentos del agua virtual pierden valor

cuando están basados en fuentes de agua subterránea sobreexplotadas

La actual trayectoria hacia el agotamiento tiene impactos en el futuro de la agricultura

¿Preguntas, comentarios?

Christopher ScottUdall Center for Studies in Public

Policy, & School of Geography &

DevelopmentUniversity of Arizona

cascott@email.arizona.eduhttp://aquasec.org/wrpg/nexus