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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)

6

� 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

10

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

)

11

� 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