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TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y
MODELAJE PARA GESTIÓN DE CUENCAS
Modelación de la Cuenca Pucara-Cochabamba y
Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas
en Bolivia
Fernando Arturo Ledezma Perizza
MSc. in Geoinformatics
Docente Investigador Centro del Aguas y Saneamiento Ambiental FCYT-UMSS
e-mail: ledezmafernando@hotmail.com
Abril 2011
Temas de abordaje
I.
Experiencia y resultados de la modelación de la
cuenca Pucara, Cochabamba
II. Compartir resultados del ejercicio SWAT y
Modelación realizada como estudio base para 11
macrocuencas Bolivia
III. Propuestas para el Plan Nacional de Cuencas en el
campo de modelaje
Fundamentos
3
CONCEPTOS BÁSICOS
RELACIONADOS A LA MODELACIÓN
Un modelo es:
Una representación simplificada de la realidad
Puede ser muy sencillo
ó muy Complejo
CONCEPTOS BÁSICOS
RELACIONADOS A LA MODELACIÓN
Los modelos deben ser calibrados y validados
CALIBRACIÓN
calibrar: con el objetivo de disminuir las diferencias
entre lo observado y lo modelado
Se busca mejorar el ajuste entre los valores
observados y los valores modelados de la
variable de salida de interés, al variar
reiterativamente los parámetros del modelo
(dentro de rangos realístas)
VALIDACIÓN
Una vez logrado una adecuada calibración, se
evalúa nuevamente el ajuste del modelo,
para un nuevo set de variables de entrada y
salida, SIN ajustar los parámetros
previamente calibrados
una primera calibración podría basarse
en una interpretación visual de los hidrogramas
(comparación de caudales simulados y observados),
aunque para aplicaciones mas avanzadas se hará uso de
indicadores estadísticos tales como RMSE, MAE, NashSutcliffe para guiar el proceso de calibración
CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE UN MODELO
PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN
Dos consideraciones importantes en la selección de un modelo
para una determinada aplicación son:
1) ¿Cuáles son las preguntas que quiero contestar?
NECESIDAD / APTITUD
2. ¿Cuál es la disponibilidad de datos para mi área de estudio, y
¿Cuáles son los requerimientos de los distintos modelos con
respecto a disponibilidad de datos?
FACTIBILIDAD
CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE UN MODELO
PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN
Basado en lo anterior, también nos podemos preguntar:
1) Escala / resolución temporal de mi simulación
entradas / salidas:
DATOS DIARIOS? MENSUALES?
PROMEDIOS ANUALES?
2) Escala / resolución espacial de mi simulación
entradas / salidas:
CUENCA? SUBCUENCA? MICROCUENCA?
PARCELA o “PIXEL”?
¿Cómo seleccionar el modelo hidrológico más
apropiado?
Tener encuenta:
→ ¿Cuáles son los problemas que queremos resolver?
Antecedentes
9
Asistencia Técnica No Reembolsable (ATNR)
En el marco de estos esfuerzos, y en respuesta a
una solicitud del Estado Plurinacional de Bolivia,
entre enero 2009 y mayo 2010 el Banco Mundial
llevó a cabo una Asistencia Técnica No
Reembolsable (ATNR)
Buscando el “Fortalecimiento de Capacidades
para la Adaptación a la Variabilidad y al Cambio
Climático en el Ámbito de los Recursos Hídricos.”
La ATNR tuvo un doble propósito:
(i) fortalecer la capacidad de las instituciones que
trabajan en la temática de cambio climático y recursos
hídricos para el uso y aprovechamiento de
herramientas de modelación y planificación que les
permita identificar y evaluar la vulnerabilidad actual y
futura al cambio climático para los recursos hídricos y
las posibles medidas de adaptación basados en
insumos técnicos sólidos; y
(ii) fomentar la inclusión de la adaptación al cambio
climático en la definición de políticas de manejo y uso
de los recursos hídricos.
Principales Instituciones y Contrapartes del Banco Mundial
 Vice-ministerio de Medio Ambiente, Biodiversidad y Cambio
Climático
 Vice-ministerio de Ciencia y Tecnología
 Vice-ministerio de Recursos Hídricos y Riego
Instituciones que contribuyeron a enfocar el alcance y la
metodología y participaron en actividades de capacitación fueron:









Servicio Nacional de Meteorología e Hidrológica
Universidad Mayor de San Andrés
Universidad Mayor de San Simón
Universidad Autónoma Tomas Frías
Fundación PROINPA
Colegio de Ingenieros Agrónomos Bolivia (filial Cochabamba)
Organizaciones no gubernamentales
Cooperación Internacional
Centro Digital de Recursos Naturales de Bolivia
Participación de Talleres en Bolivia
• Abril 2009 - Taller de
sistematización de datos para la
modelación.
• Junio 2009 - Módulo sobre
herramientas de
modelación/planificación.
• Julio 2009 - Módulo de
modelación SWAT cuencas
Tarapaya, Pucara, y Titicaca.
• Septiembre 2009 – Curso
modelación de escenarios
climáticos.
• Mayo 2010 - Taller Sobre Cambio
Climático y Recursos Hídricos –
Resultados Preliminares
Microcuencas
Ejercicios
realizados en
Talleres de
Bolivia
Modelaciónes realizadas
1. Lago Titicaca
La Paz
2. Pucara
Cochabamba
3. Tarapaya
Potosí
Pucara
Lago
Titicac
a
Tarapa
ya
En esta Presentación
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Macrocuencas
realizado en
Washington -USA
Beni
Desag-Poop-Coip
Grande
Ichilo-Mamoré
Itenez
Madera
Madre de Dios-Or
Paraguay
PilcomayoBermejo
10. Salar de Uyuni
11. Titicaca
Bolivia
Parte I
Cuenca Pucara-Cochabamba
15
Ubicación del Área de Estudio
Cuenca Pucara-Cochabamba
Nacional
Departamental
Selección de la Cuenca
Se evaluó la DISPONIBILIDAD DE DATOS
•Climatológicos: pp, T, HR, viento (vel, dir),
•Geomorfología,
•Uso tierra, geomorfología,
•DEM,
•Ubicación de comunidades,
•Zonas de sistemas de producción dominante.
Fuentes
•PROINPA,
•PRIV,
•SENAMHI,
•Centro AGUA
Selección del Software
•Costo? Soporte? Entre otros…
Estaciones y Uso de Suelo
Modelo Digital de Terreno y Tipo de Suelo
Resultados
1
123
245
367
489
611
733
855
977
1099
1221
1343
1465
1587
1709
1831
1953
2075
2197
2319
2441
2563
2685
2807
2929
3051
3173
3295
3417
3539
3661
3783
3905
4027
4149
4271
4393
4515
4637
Caudal Simulado
1,40E+02
1,20E+02
1,00E+02
8,00E+01
6,00E+01
Series
1
4,00E+01
2,00E+01
0,00E+00
1
98
195
292
389
486
583
680
777
874
971
1068
1165
1262
1359
1456
1553
1650
1747
1844
1941
2038
2135
2232
2329
2426
2523
2620
2717
2814
2911
3008
3105
3202
3299
3396
3493
3590
3687
3784
3881
3978
4075
4172
4269
4366
4463
4560
4657
Escorrentia
1.40E+02
1.20E+02
1.00E+02
8.00E+01
Series1
Series2
6.00E+01
Series3
4.00E+01
2.00E+01
0.00E+00
Simulado vs Observado
45.000
40.000
35.000
30.000
25.000
Series1
20.000
Series2
15.000
10.000
5.000
0.000
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55
Experiencias y recomendaciones
1.
2.
3.
4.
Hacer una calibración por etapas
Mejorar los datos Hidrología de las cuencas aportantes
Incorporar datos de la Hidrología de las cuencas laterales
Interpretar con el Uso de agua (irrigación/doméstico)
Operación embalses/canales de distribución
Desafíos para seguir desarrollando e incorporando en el
modelo:
1. ¿Niveles de bombeo (acuíferos)?
2. ¿Calidad del agua?
PARTE II
Modelación realizada como estudio base
para 11 macrocuencas en Bolivia
25
Área de estudio y
Características Básicas de las
11 Macro-Cuencas
Fuentes: Superficie y altitud, de cálculos propios de la modelación. Población del Instituto Nacional de Estadísticas (INE)
Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para
Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia
Estaciones
127 estaciones (Tmax, Tmin,P)
iniciales
SENAMHI = 82, NOAA = 33
NASA = 12
Línea base original -1989-2008 (93)
Línea base final-1996-2008 (82)
Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para
Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia
Datos para calibrar - Estaciones de Aforo
Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para
Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia
Datos de entrada …
FAO Soil – 70 classes
Uso de Suelos – 336 usos
Super Intendencia Agraria 2000
Datos de entrada …
DEM (Mapa de Elevación digital)
NASA (90 m Resolución)
Metodologia - Procesamiento de cursos de aguas y
delimitación de sub-cuencas hidrográficas
Mapa Digital de Elevación
Topográfica
Mapa de Límites de
Macro-cuencas
Mapa de Cursos de
Agua y Delimitación
de las sub-cuencas
Metodología - Desarrollo del modelo
hidrológico y calibración del modelo
Balance Hídrico
1997 - 2008
Registros de aforo
1998 - 2008
FFCB, Manning coeficiente, GWQmn.
ESCO, REVAPMN, … etc
Resultados
Impactos en el Balance Hídrico 2050s
Para el Escenario Seco
Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para
Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia
Impactos en el Balance Hídrico 2050s
Para el Escenario Húmedo
Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para
Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia
Legend
Bolivia_CC_Merge
WSI base
lagos y salares (ET>P)
Sin Población
0 - 600
601 - 1000
1001 - 1700
Índice de estrés hídrico per
cápita bajo cambio climático
1701 - 3000
3001 - 6000
6001 - 10000
10001 - 50000
> 50000
Línea Base
Futuro sin CC
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
Futuro con CC - Seco
Cambios de Precipitación Bajo Cambio
Climático al 2050s
Escenario Húmedo
Legend
Escenario Seco
Bolivia_CC_Merge
% Cambio en Precipitación
-13 - -10
-9 - -8
-7 - -6
-5 - -3
-2 - 0
1-2
3-4
5-6
7 - 10
11 - 14
Fuente: Presentación Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
Cambios de Evapotranspiración Bajo
Cambio Climático al 2050s
Escenario Húmedo
Legend
Escenario Seco
Bolivia_CC_Merge
% Cambio ET
-22 - -30
-29 - -20
-19 - -10
-9 - 0
1 - 10
11 - 20
21 - 30
31 - 40
41 - 50
51 - 60
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
Cambios de Rendimiento Hídrico Bajo
Cambio Climático al 2050s
Escenario Húmedo
Legend
Escenario Seco
Bolivia_CC_Merge
% Cambio Caudal Especifico
-100 - -80
-79 - -60
-59 - -40
-39 - -20
-19 - 0
1 - 20
21 - 40
41 - 60
61 - 80
81 - 100
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
Índice de Humedad Climática
para las 11 cuencas
40
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMATICOS
CUENCA DEL PILCOMAYO
PRECIPITACION
EVAPOTRANSPIRACION
TEMPERATURA
RENDIMIENTO HIDROLOGICO
41
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS
Legend
CUENCA DEL PILCOMAYO
Escenario
Seco
Pilcomayo
% Cambio
Escenario
Húmedo
< -10
-9 - -5
-4 - 0
Precipitación
1-5
6 - 10
Escenario
Seco
Legend
Pilcomayo
% cambio
-22 - -12
-11 - -7
Evapotranspiración
-6 - 0
1 - 10
11 - 30
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
Escenario
Húmedo
EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS
CUENCA DEL PILCOMAYO
Escenario
Seco
Legend
Pilcomayo
Escenario
Húmedo
% Cambio
-55 - -44
-43 - -26
Rendimiento
Hidrológico
-25 - -14
-13 - 0
0 - 15
Escenario
Seco
Legend
Pilcomayo
% Cambio
-99 - -50
Escenario
Húmedo
-49 - 0
1 - 50
Sedimentos
51 - 100
> 100
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
43
Limitaciones y conclusiones
de la evaluación
Mayores limitaciones
• Información hidro-meteorológica pobre:
–
–
–
–
–
–
–
Escasas estaciones
Existencia de zonas “ciegas”
Serie temporal muy reducida
Largos huecos en las series de datos
Existencia de numerosos “outliers”
Datos de caudal muy escasos: Dificultad para calibrar
Falta de inputs de caudal externos en cuencas transfronterizas
• Carencias en la información de suelos
– Escalas demasiado grandes
– Estaticidad en los usos del suelo. Necesidad de proyectar
cambios a 2050
• Generación de escenarios de cambio climático
– Resolución insuficiente (100 – 250 km)
Conclusiones
• Modelación SWAT
– Resulta compleja, pero útil y con múltiples
posibilidades
– Modelado de línea base:
• Valores absolutos poco precisos
• Necesidad de mejorar insumos (especialmente los
meteorológicos)
– Zonas con mejor fiabilidad: Desaguadero, Pilcomayo
– Zonas con peor fiabilidad: Madera, Madre de Dios
• Mapa de disponibilidad de agua per
cápita: zonas críticas en Titicaca, Alto
Grande, Alto Pilcomayo y Desaguadero
Conclusiones (Cont.)
• La ATNR ha permitido la construcción de una
estructura y metodología desde el punto de
vista científico y técnico, y de acuerdo a
discusiones que se han tenido con el ViceMinisterio de Recursos Hídricos y Riego, la
misma sirva para apoyar la formulación de la
estrategia de adaptación al cambio climático
del sector así como en la toma de decisiones
para manejar la gestión de los recursos
hídricos a nivel de la cuenca
PARTE III
Propuestas para el Plan Nacional de
Cuencas en el campo de modelaje
48
Propuestas
• Formar grupos inter-institucionales con expertos
locales apoyados por expertos internacionales
• Contribuir a la formación de una masa crítica de
científicos interesados en el tema a traves de tesis
doctorales
• Mejorar la falta de información e interrelación entre
instituciones que cuentan con la misma
• Continuar apoyando el modelamiento para facilitar el
intercambio de información y resultados, y socializar
las herramientas y modelos
• Generar continuidad de las modelaciones ya existentes
Propuestas
• El establecimiento de montos concursables que los puedan
acceder grupos de investigación para continuar trabajando en
la temática de cambio climático;
• El establecimiento de instrumentos para facilitar el flujo de
información, la difusión de los conocimientos, la presentación
de resultados de investigación y el escalamiento de nuevas
capacidades con miras a mejorar la coordinación institucional;
• El fortalecimiento de las redes de meteorología e
hidrología, tratar de compatibilizar las bases de datos de usos
y tipos de suelo y rescatar la información meteorológica e
hidrológica que se tiene en papel e Interactuar con Sistemas
de Riesgos y Alerta Temprana
• Fortalecimiento de fuentes de información como el Centro
Digital de Recursos Naturales de Bolivia
Propuestas
• Disponibilidad de escenarios climáticos de “mejor” y más alta
resolución para Bolivia, proporcionando los medios para
evaluar las incertidumbres asociadas.
• Generar estrategias para mejorar la coordinación orientada a
mejorar la sinergia entre los bolivianos directamente
interesados.
• Emplear la Modelación como herramienta de Toma de
decisiones en el sector de recursos hídricos bajo una creciente
incertidumbre: nuevas maneras de pensamiento y
planificación.
• Establecer alianzas estratégicas para la implementación de los
modelos
Propuestas
• El fortalecimiento del rol del gobierno como ente facilitador
para generar y difundir conocimiento, para que así el
conocimiento pueda servir para el desarrollo, e incentivar a
las universidades para que participen en la planificación y
toma de decisiones y aporten con el conocimiento y
razonamiento bien fundamentado
Agradecimiento:
Carlos Ortuño (Viceministro de Recursos Hídricos y
Riego), Has Villet y Hans Salm; por la organización e
invitación a participar de este Taller
Rita Cestti (Banco Mundial); por las
sugerencias, información y presentaciones enviadas
que sirvieron de base realizar la presente.
A ustedes por su atención!!!
Fernando Arturo Ledezma Perizza
ledezmafernando@hotmail.com
53