Download Dr. Agustin Robles

Toma de decisiones para la gestión
colaborativa de los recursos hídricos y
modelación participativa en la cuenca del Río
Sonora, México.
Presentado por:
Dr. Agustín Robles Morua
Profesor Investigador
Dept. Ciencias del Agua y del Medio Ambiente
Instituto Tecnológico de Sonora.
1er Encuentro Internacional
“Procesos de Soporte a la Decisión para la Gestión Participativa [ del Agua”
14 - 15 Abril 2016, Monterrey, México.
Ubicación del proyecto:
El Rio Sonora
Area~ 12,500 km2
2618
Mar
de
Cortez
218
Retos que enfrentamos:
Sistemas hidrológicos complejos!
* Alta variabilidad espacial y temporal de la
precipitación debido a la influencia del
Monzón de Norte América.
* Cambios drásticos de vegetación.
* Condiciones dinámicas de humedad de suelo
y otras variables hidrológicas de estado.
Porcentaje de contribución durante los meses de Julio-AgostoSeptiembre en la región del Monzón de Norte América.
Temporada Seca
Temporada Humeda
Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)
* La infraestructura del agua y
los organismos de manejo del
agua tienen muchas
dificultades para abastecer de
agua la ciudad.
* Existe escasez y/o falta de
datos para analizar el sistema
(i.e. cuencas hidrológicas sin
aforar, datos climáticos
limitados).
Precipitation
350
Average Monthly Flux (mm)
* La cuenca incluye grandes
áreas de agricultura de
irrigación y el área urbana
mas grande del estado de
Sonora.
Potential Evapotranspiration
300
250
200
monsoon rains
150
100
winter rains
50
0
1Jan 2
3
4
5
6
7 Jul-Aug
8
9
Month
10
11 Dec
12
Conflictos por el
Agua!
El manejo de los recursos
hídricos ha sido
controversial a raíz de:
• Trasvases de agua.
• Percepciones de falta
de agua.
• Conflictos entre los
distintos usuarios.
• Intereses políticos.
• Falta de confianza en el
gobierno….
http://www.miambiente.com.mx
http://olasonora.com
Retos que enfrentamos:
Problemas de Calidad de Agua:
* Descargas de contaminantes a cuerpos de agua (i.e. contaminación bacteriológica y de
metales pesados por descargas de aguas residuales domesticas e industriales).
* Costos elevados de monitoreo y llevar a cabo estudios de campo.
¿Cuáles Serán los principales impactos del cambio
climático en el Monzón de Norte América?
Cambios Proyectados
para el año 2080-2090
RCP 8.5: Pesimista.
incremento en las temperaturas
entre 3 y 5 oC para el año 2100.
RCP 2.6: Optimista.
incremento en las temperaturas
entre 1.1 y 2.6 oC para el año 2100.
% Cambio
en la precipitación
media anual
observada
actualmente
% Cambio
en la intensidad
de las lluvias
% Cambio
en el numero
maximo de dias
secos (sin lluvias).
% Cambio
en la duración
de las lluvias
de verano
Temperatura Promedio Anual
en el Rio Sonora (1982-2007)
25
Tendencia Positiva
0.03 oC por año
Temperatura (C)
20
15
10
5
Fuente: Datos de CONAGUA para estaciones en el Río Sonora
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
0
Temperatura Máxima Anual
en el Rio Sonora (1982-2015)
Precipitación Total Anual
en el Rio Sonora (1982-2007)
800
Tendencia Negativa
3.13 mm por año
Precipitación Annual (mm)
700
600
500
400
300
200
100
Fuente: Datos de CONAGUA para estaciones en el Río Sonora
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
0
Resumen sobre el Cambio Climático
en el Rio Sonora
* Datos históricos demuestran que existen cambios de temperatura (0.3 C por
año) y precipitación (3 mm/año) desde 1982 a 2007.
* Estudios de predicciones de cambio climático en la región sugieren:
o Menor precipitación anual por reducciones en invierno.
o Precipitación de verano similar pero retrasada en tiempo.
o Mayor intensidad en las lluvias de verano.
* Estas predicciones se basan en modelos de clima globales re-escalados.
Proyecto de modelación participativa
en la cuenca del Río Sonora, México.
Pregunta central de investigación:
¿Como contribuye el desarrollo de modelos dinámicos
creados mediante un esquema participativo al desarrollo
de estrategias de para el manejo integral del agua a nivel
cuenca?
En el contexto de:
• Sequias (Falta de agua).
• Conflictos entre usuarios.
• Condiciones climáticas altamente variables y que se espera que cambien
en el futuro.
Preguntas de investigación:
¿Qué impactos podemos esperar de un esquema de modelación
participativa con respecto a la comodidad y eficacia del uso de
modelos por parte de los participantes?
¿Cómo influye la exposición a información acerca del cambio climático
y problemas-causas–soluciones relacionados al agua en un contexto
participativo en las percepciones de los participantes?
¿Cuáles son los rangos de opciones de estrategias para un manejo
optimo del agua seleccionados por los participantes?
Enfoque del proyecto: Modelación Participativa
• Definición: Proceso que a través
de un esquema colaborativo se
construye una representación
compartida de un sistema de
modelos de manejo de recursos
naturales.
• Razonamiento:
o Recopilar e integrar una
diversidad de puntos de vista
de participantes durante el
….para que se pueda establecer una visión
proceso de desarrollo ….
colectiva de manejo de la cuenca tomando
en consideración como pueden cambiar las
condiciones del futuro.
Áreas de contribución científica
• Modelación Participativa (MP) ha sido utilizada en muchos contextos.
• Muchos de los organizadores de MP hablan de los impactos positivos del
proceso pero sin datos empíricos que validen sus argumentos.
• Algunos esquemas de MP realizan entrevistas al final de los talleres pero
al no utilizar encuestas o entrevistas preliminares no existe una línea
base.
• El nuevo estándar de MP es llevar a cabo encuestas semiestructuradas
ANTES y DESPUES, pero es algo que no se realiza comúnmente.
Diseño del proyecto
• Desarrollo de modelos que describan el sistema físico y de manejo del agua de la
cuenca:
o Hidrológico: superficial y subterráneo.
o Sistema de manejo de agua que incluye oferta del agua y opciones de demanda,
incluyendo la infraestructura existente.
o Pronósticos de climatología basados en modelos re-escalados del IPCC.
• Llevar a cabo TRES talleres con tomadores de decisión, academia, ONGs,
organizaciones privadas (Primavera y Verano del 2013).
• Llevar a cabo encuestas ANTES y DESPUES de los talleres para evaluar el impacto
en las percepciones de los participantes basado en Robles-Morua el al. (2014).
Diseño de los talleres
Aplicación de la encuesta ANTES
Taller # 1
Establecer una visión de la hidrología del Rio Sonora, su clima y los retos
del manejo del agua: seminario y discusión
Introducción a la modelación utilizando HEC-HMS: seminario
El sistema integral de manejo e agua de la cuenca del Rio Sonora:
seminario y discusión
Demostración del modelo dinámico del sistema del Rio Sonora:
seminario y actividad practica
Indicadores de desempeño para el manejo de recursos hídricos en la
cuenca del Rio Sonora: seminario y discusión
Introducción a la modelación con enfoque en el cambio climático:
seminario
Modelación de la hidrología utilizando HEC-HMS: seminario y actividad
practica
Recibir
Retroalimentación
Diseño de los talleres
Taller # 2
Discusión de resultados de los escenarios de cambio climático y de obras
de infraestructura a través del modelo hidrológico HEC-HMS
Presentación de la incorporación de la retroalimentación y
modificaciones al modelo dinámico del sistema del Rio Sonora:
Descripción de las modificaciones, discusión y actividades practicas de
uso del modelo
Elaboración de escenarios futuros para la cuenca del Rio Sonora
Taller # 3
Presentación del modelo FINAL construido de la retroalimentación al
modelo dinámico del sistema del Rio Sonora: Descripción de las
modificaciones, discusión y actividades practicas de uso del modelo
Desarrollo de estrategias de manejo de recursos hídricos para la cuenca
del Rio Sonora: discusión y actividades practicas de uso del modelo
Aplicación de la encuesta DESPUES
Recibir
Retroalimentación
Diseño del Estudio de Ciencias Sociales
• Las encuestas ANTES y DESPUES se diseñaron con tres metas en mente:
o Evaluar cambios en las percepciones en cuanto a los problemas de cantidad de
agua y sus posibles soluciones.
o Evaluar las percepciones de los posibles impactos del cambio climático.
o Evaluar las percepciones acerca del uso de los modelos utilizados en los talleres
(comodidad y comprensión de su uso).
o Evaluar las percepciones de los participantes en cuanto al calor, calidad,
accesibilidad y utilidad de los modelos y del proceso de modelación
participativo.
• Los instrumentos (encuestas) se construyeron para realizar análisis y medir cambios
en percepciones a través de índices que fueron creados por medio de varios
reactivos (5-7 preguntas).
Creación de escalas de las Encuestas
Tema/Escala
Experiencia previa utilizando modelos
Percepciones acerca de la capacidad para usar y entender los resultados de
modelos
Percepciones acerca de la “utilidad” de los modelos
Percepciones acerca de la “veracidad” de los modelos
Percepciones acerca de las causas y las soluciones de cantidad los problemas
de cantidad de agua
Percepciones acerca de los impactos de los problemas de cantidad de agua
Percepciones acerca del cambio climático y sus posibles impactos
Percepciones de los resultados de los talleres y del proceso de evaluación
Total de preguntas:
ANTES: 44
DESPUES: 49
Modelo de cuenca: HEC-HMS
• Consiste en la creación de un modelo de múltiples sub-cuencas
(47) que fue calibrado y utilizado para simular los procesos
hidrológicos del Rio Sonora.
Sistema de Modelación Hidrológico
• Es un modelo comúnmente utilizado por agencias de gobierno y
privadas en todo el mundo. Tiene una interfaz fácil de utilizar y
mucha documentación de apoyo.
US Army Corps
of Engineers
Hydrologic Engineering Center
Plataforma del Modelo dinámico:
STELLA® Systems Modeling Platform
•
La plataforma del modelo dinámico permite
elaborar una representación matemática y
grafica que permite simular las interacciones de
los distintos componentes del sistema de manejo
del agua.
•
El modelo dinámico se utilizo para:
o Simular los componentes de sistema de manejo
del agua en la cuenca del Rio Sonora.
o Visualizar como estan entrelazados los diferentes
componentes del sistema.
o Explorar estrategias de manejo de uso del agua
utilizando resultados gráficos.
• STELLA® es un software de modelación de sistemas dinámicos que tiene la
capacidad para construir modelos matemáticos a través de interfaces graficas.
Variables del modelo dinámico
•
•
•
•
•
Escenarios climáticos del pasado y del futuro.
Desarrollo de escenarios de crecimiento de la demanda (población).
Opciones de manejo del abastecimiento de agua.
Escenarios de la eficiencia del uso del agua.
Incertidumbre en las estimaciones de recarga de acuíferos.
Indicadores del desempeño del sistema
• Confiabilidad: % de días que demanda se cumple.
• Cambios en los niveles estáticos de agua subterránea.
• Impactos sociales, económicos y ambientales.
Modelo conceptual del
modelo dinámico del Rio Sonora
Escurrimientos
Presas
Salidas
presas
Recargas
Modelo de cuenca
HEC-HMS
Aquiferos
Flujos Base
Extracciones*
Flujos de
regreso
Usos Consumptivos
Hermosillo
Cuenca Rio
Sonora
*por tipos de usuarios
Modelos de
Balance de agua
Subterranea
Extracciones*
Flujos de
regreso
Usos Consumptivos
Variables controladas por el
clima
Variables críticas para el manejo de
recursos del agua
Indicadores de
desempeño
Acoplamiento de Simulaciones Regionales de Clima con
Escenarios de Cambio Climático y Modelos hidrológicos.
Río Sonora
WRF en resolución de 10-km
•
Los modelos globales de clima (GCM) tienen
resoluciones de ~2.5 grados (250 km) y no
capturan variaciones detalladas.
•
Por esta razón, se utilizan modelos regionales
como “Weather Research and Forecasting” (WRF)
para reducir la escala temporal y espacial de
productos de GCM.
•
Aquí se muestran las áreas de simulación para el
GCM en Norteámerica y de WRF en el suroeste de
EEUU y noroeste de México.
•
Este tipo de reducción de escala es muy
importante para generar datos de entrada
meteorólogicos para los modelos hidrológicos
aplicados en cuencas.
Escenarios climáticos
• Se obtuvieron de los resultados de modelos de circulación globales (GCMs) que ya
han sido evaluados para la región del Rio Sonora.
• Se utilizaron las salidas de los modelos HadCM3 y PI-ECHAM5 A2 utilizando
escenarios de emisiones altas.
• Las salidas de los GCMs fueron re-escaladas dinámicamente para generar tres
periodos de simulación:
o Histórico: 1990-2010
o Futuro cercano: 2031-2040
o Futuro lejano: 2071-2079
Boundary conditions from GCM
Regional Climate Model(WRF)
IPCC Projections
Escenarios Climáticos
900
1990-2000
Annual average:
267 mm
0
Precipitation (mm)
Precipitation (mm)
900
2031-2040
0
Jan
Dec
Jan
Dec
Average
Yearly
Precipitation (mm)
900
HadCM3
2071-2079
400 mm
0
Jan
Dec
493 mm
Desarrollo de escenarios de crecimiento de la demanda:
Escenario “Hyper”:
• Expansión continua de las áreas urbanas e
industriales.
• Declive continuo en la población rural y en la
agricultura.
Escenario “Plateau”:
• Crecimiento rápido urbano e industrial hasta el
año 2030 y después se estabiliza.
• Declive en la población rural y en la agricultura
hasta el año 2030 y después se estabiliza.
Escenario “Crash”:
• Crecimiento rápido urbano e industrial hasta el
año 2030 y después se hay un declive.
• Declive en la población rural y en la agricultura
hasta el año 2030 y después vuelve a crecer.
Poblacion (Millions)
Población y áreas de agricultura irrigada
5
Plateau
Meseta
HyperHyper
4
3
CrashEstrellada
2
1
0
1990
2010
2030
2050
2070
Opciones de abastecimiento y manejo del agua
• Incrementar el volumen de las presas dentro del sistema del rio Sonora.
• Incrementar o reducir los volúmenes de agua disponibles a través de
acueductos (transferencias de agua entre cuencas).
• Reutilización de aguas residuales para recarga de acuíferos o para abastecer
la demanda industrial.
• Desalinización.
• Reducciones en el abastecimiento de agua de pozos (agua subterránea)
• Reparaciones en los sistemas de distribución de agua urbanos y de
agricultura.
Opciones de la eficiencia del uso del agua
•
•
•
•
Urbano
Industrial
Usos agrícolas
Usos pecuarios
Incrementar / reducir la
eficiencia del uso
Incertidumbre en los modelos subterráneos
• Pesimista (50% menos recarga) a optimista (50% más recarga).
Interfaz del Modelo Dinámico de Manejo
de Recursos del Agua (STELLA)
Resultados de las encuestas
Resultados
Encuesta ANTES de los talleres
•
Experiencia modelando:
o 51% de los participantes no
trabajan con modelos
regularmente.
o 51% no tienen ningún tipo de
experiencia de modelación previo
al taller.
•
Cambio Climático:
o 83% esta de acuerdo fuertemente
que el cambio climático esta
ocurriendo.
o 68% considera que el cambio
climático va a crear enormes
problemas para México.
• Asuntos de manejo el agua:
o 66% consideran que las
demandas del agua de Rio
Sonora exceden la capacidad
de abastecimiento dentro de
la misma cuenca.
Principales cambios observados de los talleres
ANTES vs. DESPUES
• Percepciones de la modelación:
o Se incremento positivamente el
conocimiento de los modelos
HEC-HMS y STELLA.
o Se incremento positivamente la
percepción de la utilidad del
modelos dinámico del sistema
de manejo del agua.
• Causas de los problemas:
o Menos gente piensa que la
construcción de infraestructura del
agua no podrá resolver los
problemas de falta e agua en el Rio
Sonora.
o Mas participantes piensan que las
perdidas de agua en la agricultura
es la principal razón de la falta de
agua .
Resultados de las escalas
generales
La falta de agua afecta a la agricultura
y al sector industrial y reduce el
desarrollo económico de la región
PercepcionesClimate
acerca change-related
del cambio climático
beliefs
Beliefs about
water
quantity
problem
acerca
de los
impactos
de
** Percepciones
impacts
los problemas del agua
Beliefs
about
water
quantity
problems,
Percepciones
acerca
las
causas
y las soluciones
causes, & del
solutions
de los problemas
agua
Post-survey
Pre-survey
Percepciones acerca
veracidad
de losofmodelos
Beliefsde
about
“exactness”
models
***
*** significant at p <
0.01
** significant at p <
0.025
Percepciones acerca de la utilidad de
Beliefs about
of models
los “usefulness”
modelos
Capacidad
para entender y utilizar
*** to use
***Capacity
and understand models
los modelos
0
1
Nada
importante
2
3
Neutral
4
5
Muy
importante
Resultados de la
selección de estrategias
de manejo del agua
Aumentos en la oferta / demanda del agua
Mean and standard deviation of response
Efficiency Gain/Loss in Agricultural Water Use
Efficiency Gain/Loss in Industrial Water Use
Efficiency Gain/Loss in Residential Water Use
Reduction in Hermosillo Groundwater Supply
Repair Hermosillo Distribution System
Reuse of Wastewater for Aquifer Recharge
Reuse of Wastewater for Industry
Desalination Capacity
Capacity of La Independencia Interbasin Transfer
Increase Capacity of El Molinito Reservoir and Aqueduct
-30
-20
-10
0
10
20
Supply or Demand (MCM/yr)
30
40
Agrupando a los participantes en base a sus
percepciones de como manejar el agua
• Urban-Tecno-Incrementadores (27%): alta desalinización, bajo reusó, alta eficiencia en la
agricultura, alta transferencia de agua mediante acueductos, crecimiento económico
positivo, alta confiabilidad de que lograremos mitigar el cambio climático.
• Urban-Tecno-Pragmatistas (23%): alta desalinización, alta transferencia de agua
mediante acueductos, impactos negativos sociales, impactos negativos ambientales,
confiabilidad media de mitigar el cambio climático.
• Greenistas: (40%): baja desalinización, alto reusó del agua residual, alto incremento en la
eficiencia del agua residencial, mediana transferencia de agua mediante acueductos,
baja confiabilidad de mitigar el cambio climático.
• Otros (10%)
F(p <0.05) = 82%
Silhouette coefficient = 0.64
Observaciones de los talleres
• El interés de los participantes de
utilizar herramientas de
modelación para apoyar la toma
de decisiones INCREMENTO.
• Se revelaron diferencias muy
grandes en las preferencias de los
participantes de como se debe de
manejar los recursos hídricos.
• Los participantes consideraron que
el cambio climático va a
incrementar las fallas de falta de
agua en la región.
• Atraer participantes de las distintas
dependencias a los talleres fue un
reto:
o 100 personas fueron invitadas.
o 55 asistieron al primer taller.
o 31 asistieron al 2do taller.
o 33 asistieron al 3er taller.
• Durante los talleres se dieron
discusiones muy enriquecedoras
(ricas) acerca de como manejar los
recursos hídricos del rio Sonora.
Siguientes pasos…..
• Expandir la evaluación de escenarios de cambio climático.
• Explorar las interacciones físicas entre los componentes de agua
superficial y subterránea.
• Consideración de los usos consuntivos de agua superficial y
subterránea.
• Integración de un modelo dinámico que considere los nexos entre los
sistemas de Alimentos-Energía-Agua (Food-energy-water nexus) para
todo el estado de Sonora.
Agradecimientos
• Co-autores:
Enrique Vivoni (Arizona State University)
Daniel Che (Ohio State University)
Alex Mayer (Michigan Technological University)
Kathleen Halvorsen (Michigan Technological University)
David Kossak (Michigan Technologial University)
• Fuente de financiamiento:
National Science Foundation Interdisciplinary Research Program
• Participantes de los Talleres de modelación participativa.
• Investigadores que han trabajado en el Rio Sonora.
Muchas Gracias
por su atención!
Bibliografía de nuestro trabajo:
•
Mayer, A., Vivoni, E.R., Halvorsen, K.E., Kossak, D. and Robles-Morua, A. 2016. Participatory modeling reveals disparity in
priorities for water resources management strategies in a water-scarce, water-conflicted basin. Water Resources Management, In
review.
•
Kossak, D., Halvorsen, K.E., Mayer, A.S., Robles-Morua, A., Vivoni, E., Brenna, E., Kelsii, D., Casteneda, M., and Dunn, J.L. 2016.
Assessing impacts of participation in a water-related participatory modeling workshop, Environmental Practice, in review
•
Robles-Morua, A., Halvorsen, K.E., Mayer, A.S., and Vivoni, E. 2014. Exploring the application of participatory modeling
approaches in the Sonora River Basin, Mexico, Environmental Modelling and Software, 52, 273–282.
•
Robles-Morua, A., Che, D., Mayer, A., and Vivoni, E. 2014. Hydrologic assessment of proposed reservoirs in the Sonora River
Basin, Mexico, under historical and forecasted climate scenarios, Hydrological Sciences Journal,
DOI:10.1080/02626667.2013.878462.
•
Robles-Morua, A., Vivoni, E., and Mayer, A.S. 2012. Distributed hydrologic modeling in northwest Mexico reveals the links
between runoff mechanisms and evapotranspiration, Journal of Hydrometeorology, 13(3), 785-807, DOI: 10.1175/JHM-D-110112.1.
•
Robles-Morua, A., Mayer, A.S., Auer, M.T., and Vivoni, E. 2012. Modeling riverine pathogen fate and transport in Mexican rural
communities and its public health implications, Journal of Environmental Management, 113, 61-70.
•
Robles-Morua, A., Halvorsen, K.E., and Mayer, A.S. 2011. Waterborne disease-related risk perceptions in the Sonora River Basin,
Mexico, Risk Analysis, 31(5), 866-878.