Planificación con base en el balance hídrico (oferta – demanda –disponibilidad frente a escenarios de cambio climático).

Yamileth Astorga EspeletaProGAIUniversidad de Costa Rica

Evaluación de los recursos del agua

Necesidad, Importancia, Objetivos;

El manejo de los recursos del agua requiere de una comprensión de la naturaleza y el alcance del problema en cuestión.

¿Cómo podemos adquirir información útil que nos permita identificar y dirigir los problemas y las soluciones actuales y futuras sobre los recursos del agua?.

Es una herramienta útil para la administración, planificación y gestión del recurso hídrico.

Evaluación de los recursos del agua

La evaluación del recurso hídrico en calidad-cantidad y demanda, debe hacerse basándose en información científica confiable.

El objetivo de la evaluación del recurso agua implica una visión holística de la situación de los recursos hídricos y su interacción con el uso de la sociedad en un país o región.

La disponibilidad real del recurso hídrico se hace con base en el balance hídrico, tomando las variables del ciclo hidrológico y de los ecosistemas asociados.

CICLO HIDROLÓGICO

Se denomina ciclo hidrológico al movimiento general del agua, ascendente por evaporación y descendente primero por las precipitaciones y después en forma de escorrentía superficial y subterránea.

BALANCE HÍDRICO

La importancia de realizar un balance hidrológico en una cuenca, es la determinación de la oferta real del recurso hídrico representado por la escorrentía y compararla con la demanda, para determinar si la cuenca está siendo sobreexplotada o si por el contrario existe disponibilidad adicional para utilizar mayores cantidades de agua en otros usos.

Aspectos básicos a considerar en el balance hídrico superficial…

Aspectos básicos a considerar en el balance hídrico superficial

Aspectos básicos a considerar en el balance hídrico superficial

Entradas (E):•Precipitación •Importaciones de agua•Escorrentía superficial desde otras cuencas•Aguas subterráneas desde otras cuencas

Salidas (S)• Evaporación•Transpiración•Escorrentía superficial hacia otras cuencas•Exportación de agua•Agua subterránea hacia otras cuencas•Infiltración (pasa a escorrentía subsuperficial)

Cambio de almacenamiento (∆A)• Almacenamiento de aguas subterráneas•Almacenamiento por cambio de humedad del suelo•Almacenamiento superficial en embalses canales y en la escorrentía superficial

E – S = [∆A/∆T]

Balance Hídrico

Aspectos básicos a considerar en el balance hídrico subterráneo

Delimitación del acuífero.Tipo de acuífero (libre, semiconfinado,

confinado, etc.)Evolución de los niveles piezométricos. Volumen de aportación:

Recarga vertical profunda Aporte lateral de acuíferos adyacentes.

Principal salida de agua corresponde a los volúmenes de extracción de pozos y de manantiales.

Ecuación del Balance HídricoAxioma de Lavoisier: “nada se crea ni se destruye, sólo se

transforma”. Este axioma en dinámica de fluidos se conoce como la ecuación de la continuidad.

La ecuación de la continuidad se basa en que la diferencia que se produce entre las entradas y las salidas de agua, se traduce en el agua que queda almacenada:

Entradas - Salidas = Variación en el almacenamiento

En este caso consideramos que en el sistema no hay extracciones ni adiciones de agua al sistema por parte del hombre. El sistema funciona de manera natural.

100 – (30 + 30 + 25 + 10) = 5

Extracción de agua por bombeo en exceso (no sostenible).

100 - (50 + 35 + 20) = - 5

Baja drásticamente la humedad del suelo y se abate el nivel freático por debajo del cauce del río. La ETP disminuye al disminuir la absorción de agua por las plantas y el río empieza a alimentar la capa freática disminuyendo su caudal. El almacenamiento es deficitario en cada período

Km de profundidad

Estimación del balance hídrico (IMTA )

ΔV = (Cp + Ar + Re + Im) − (Ab +U + Ev + Ex)

Donde:ΔV : Variación de volumen,Cp : Escurrimiento natural por cuenca propia,Ar : Escurrimiento aguas arriba,Re: Retornos de agua,Im : Importaciones desde cuencas vecinas,Ab: Escurrimiento a la salida de la cuenca (aguas abajo),U: Usos del agua,Ev: Evaporación en cuerpos de agua, yEx: Exportaciones hacia cuencas vecinas.

ΔV = (Cp + Ar + Re + Im) − (Ab +U + Ev + Ex)

Donde:ΔV : Variación de volumen,Cp : Escurrimiento natural por cuenca propia,Ar : Escurrimiento aguas arriba,Re: Retornos de agua,Im : Importaciones desde cuencas vecinas,Ab: Escurrimiento a la salida de la cuenca (aguas abajo),U: Usos del agua,Ev: Evaporación en cuerpos de agua, yEx: Exportaciones hacia cuencas vecinas.

I + Ri + Es − ETz − Sm − B = ΔV

Donde:I :Infiltración-recarga de agua de lluviaRi: Recarga inducida: retornos de riego, fugas en los sistemas de abastecimiento de agua de las zonas urbanas Es: Entradas de agua al sistema por flujo lateral subterráneo proveniente de las fronteras de la zona de balance y por otros acuíferosEtz: Evapotranspiración de la zona saturadaSm: Salida de agua por manantialesB: Extracción de agua subterránea por bombeoΔV: Cambio en el volumen almacenado

I + Ri + Es − ETz − Sm − B = ΔV

Donde:I :Infiltración-recarga de agua de lluviaRi: Recarga inducida: retornos de riego, fugas en los sistemas de abastecimiento de agua de las zonas urbanas Es: Entradas de agua al sistema por flujo lateral subterráneo proveniente de las fronteras de la zona de balance y por otros acuíferosEtz: Evapotranspiración de la zona saturadaSm: Salida de agua por manantialesB: Extracción de agua subterránea por bombeoΔV: Cambio en el volumen almacenado

Aguas superficiales Aguas subterráneas

Resultados del balance hídrico

Ejemplo: Cálculo del balance hídrico y la disponibilidad de agua en 15 cuencas de CR y su aplicación.

Cuencas: Abangares, Barranca, Frío, Grande de Tárcoles, Grande de Térraba, Naranjo, Pacuare, Parrita, Península de Nicoya, Reventazón, San Carlos, Sarapiquí-Chirripó, Savegre, Tempisque y Bebedero.

Superficie de cobertura: 32,922 km2 (64% de la superficie total del país)

Población estimada al año 2000: 3,371,326 hab.

OfertaVariables de entrada a la cuenca

hidrográfica.Resultados mensuales por cuenca. Variable de escurrimiento por cuenca propia.Evapotranspiración Infiltración. Volumen de retornos de agua.Volumen de importación entre cuencas.Volumen aportado por manantiales.

DemandaResultados mensuales por cuenca hidrográfica.Volúmenes de consumo por sector usuario:

agrícola, industrial, doméstico, etc.Base de datos de concesiones del MINAET. Se analizaron 11,043 registros de concesiones.Clasificados en 8 usos principales.Fuente de abastecimiento: superficial y

subterráneoSe incluyen los volúmenes utilizados en la

generación de energía de 13 proyectos hidroeléctricos operados por el ICE.

Evaporación en embalse Arenal.Volumen de exportación entre cuencas.Volumen que se pierde por fugas en el sistema de

la red de distribución de agua potable.

Balance hídrico subterráneoBalance por cuenca hidrográficaInformación hidrogeológica:

Profundidad del nivel del aguaTransmisividadPermeabilidad Valores de coeficientes de almacenamiento.

Calidad del agua en las fuentes subterráneas.

Resultados del Balance Hídrico y la Disponibilidad del agua

Disponibilidad media anual en lámina (en mm) de 15 cuencas hidrográficas de Costa Rica

Recarga media anual (en mm) de 15 cuencas hidrográficas de Costa Rica.

Balance hídrico subterráneoVariables de descarga:

Extracciones por bombeo y manantialesGasto base de los ríos menos los volúmenes de

retornos de agua superficial excluyendo los de la generación hidroeléctrica.

Variables de recarga: volúmenes que pueden llegar al acuífero provenientes de fugas y de retornos de riego (no se considera el aporte lateral proveniente de otros acuíferos).

Disponibilidad frente a escenarios de cambio climático

4 escenarios de variación de precipitación: Escenario A: año con menor precipitación

anual registrado en cada una de las 262 estaciones climatológicas utilizadas en el balance hídrico al año 2000.

Escenario B: año seco obtenido Escenario C: año con un porcentaje de

disminución de un 11% en la Zona Norte y de un 2% en la Zona Sur.

Escenario D: años comunes, por cuenca hidrográfica, con menor precipitación anual registrada.

Disponibilidad frente a escenarios de cambio climáticoEscenario A: el más desfavorable Escenario C: el más favorable

A presentarse la disminución de la precipitación no provocaría un efecto considerable en el volumen de oferta de agua en las 15 cuencas de estudio.

Las cuencas que presentan disminución considerable de la precipitación media anual en los escenarios A, B y D son la Península de Nicoya y Tempisque-Bebedero, alcanzando porcentajes de disminución mayores al 50%.

Usos esperados de agua (millones de metros cúbicos).