Universidad Nacional

Facultad de Ciencias de la Tierra y el Mar

Escuela de Ciencias Ambientales

Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en Tecnologiacuteas Limpias

ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO

HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA

COSTA RICA

Tesis de grado para optar por el tiacutetulo de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental

ESTEBAN MONTERO SAacuteNCHEZ

Campus Omar Dengo

Heredia Costa Rica

2016

I

AGRADECIMIENTOS

A mi familia compantildeeros de distintas carreras profesores lectores y tutor por el gran apoyo

brindado

A las Asadas de San Pedro San Joseacute de la Montantildea Puente Salas y a la empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia por la confianza y respaldo

A la naturaleza motor de mis estudios y esta investigacioacuten

II

ACTA DE APROBACIOacuteN

El Tribunal Examinador aproboacute el trabajo titulado

ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO

HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA

COSTA RICA

Como requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en

Tecnologiacuteas Limpias

Miembros del Tribunal

--------------------------------------------

Decano Facultad de Tierra y Mar

Tomaacutes Marino Herrera

-------------------------------------

Representante de la Escuela de Ciencias Ambientales

M Sc Sonia Arguedas Quiros

-------------------------------

Ph D Jorge Herrera Murillo

Tutor

------------------------------------------

M Sc Pablo Ramiacuterez Granados

Lector

------------------------------------------

M Sc Franz Ulloa Chaverriacute

Lector

------------------------------------------

Esteban Montero Saacutenchez

Sustentante

Fecha__________________

III

TABLA DE CONTENIDOS

Tabla de Contenidos III

Iacutendice de Figuras VI

Iacutendice de Tablas VIII

Resumen 1

1 INTRODUCCIOacuteN 2

2 JUSTIFICACIOacuteN 4

3 OBJETIVOS 7

31 Objetivo general 7

32 Objetivos especiacuteficos 7

4 MARCO TEOacuteRICO 8

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9

43 Clima 11

44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14

46 Uso de la tierra 14

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas

hidrograacuteficas 15

5 MARCO METODOLOacuteGICO 17

511 Aacuterea de estudio 17

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 18

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca 19

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute 19

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21

531 Balance hiacutedrico 22

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22

533 Coeficientes de infiltracioacuten 22

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23

535 Muestreo de suelo 24

IV

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25

537 Balance del agua en el suelo 27

538 Evapotranspiracioacuten 27

539 Recarga al acuiacutefero 29

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32

5312 Zonas de balance hiacutedrico 33

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales

2025-2030 y 2050-2055 37

541 Datos climaacuteticos 38

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y

2050-2055 39

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la

microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 41

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento

hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44

614 Uso de la tierra 48

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000

a 2014 53

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65

V

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-

2055 71

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios

a mediano y largo plazo 75

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo

2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca

priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y

las tecnologiacuteas limpias 81

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad

del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87

8 Conclusiones 89

9 BIBLIOGRAFIacuteA 92

VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

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1En

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-12

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ay-1

2Ju

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2O

ct-1

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Ene-

13

Feb

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Ab

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3M

ay-1

3Ju

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3Ju

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4M

ar-1

4M

ay-1

4Ju

n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

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0

Feb

-11

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r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

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3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

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10

No

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0

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-11

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1

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-11

Ago

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-11

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2

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Oct

-12

Dic

-12

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-13

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3

Jun

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13

No

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3

Ene-

14

Mar

-14

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-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

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10

No

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-11

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-12

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2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

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3

Jun

-13

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Set-

13

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3

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14

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-14

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Set-

14

No

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4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

250

300

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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I

AGRADECIMIENTOS

A mi familia compantildeeros de distintas carreras profesores lectores y tutor por el gran apoyo

brindado

A las Asadas de San Pedro San Joseacute de la Montantildea Puente Salas y a la empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia por la confianza y respaldo

A la naturaleza motor de mis estudios y esta investigacioacuten

II

ACTA DE APROBACIOacuteN

El Tribunal Examinador aproboacute el trabajo titulado

ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO

HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA

COSTA RICA

Como requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en

Tecnologiacuteas Limpias

Miembros del Tribunal

--------------------------------------------

Decano Facultad de Tierra y Mar

Tomaacutes Marino Herrera

-------------------------------------

Representante de la Escuela de Ciencias Ambientales

M Sc Sonia Arguedas Quiros

-------------------------------

Ph D Jorge Herrera Murillo

Tutor

------------------------------------------

M Sc Pablo Ramiacuterez Granados

Lector

------------------------------------------

M Sc Franz Ulloa Chaverriacute

Lector

------------------------------------------

Esteban Montero Saacutenchez

Sustentante

Fecha__________________

III

TABLA DE CONTENIDOS

Tabla de Contenidos III

Iacutendice de Figuras VI

Iacutendice de Tablas VIII

Resumen 1

1 INTRODUCCIOacuteN 2

2 JUSTIFICACIOacuteN 4

3 OBJETIVOS 7

31 Objetivo general 7

32 Objetivos especiacuteficos 7

4 MARCO TEOacuteRICO 8

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9

43 Clima 11

44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14

46 Uso de la tierra 14

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas

hidrograacuteficas 15

5 MARCO METODOLOacuteGICO 17

511 Aacuterea de estudio 17

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 18

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca 19

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute 19

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21

531 Balance hiacutedrico 22

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22

533 Coeficientes de infiltracioacuten 22

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23

535 Muestreo de suelo 24

IV

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25

537 Balance del agua en el suelo 27

538 Evapotranspiracioacuten 27

539 Recarga al acuiacutefero 29

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32

5312 Zonas de balance hiacutedrico 33

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales

2025-2030 y 2050-2055 37

541 Datos climaacuteticos 38

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y

2050-2055 39

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la

microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 41

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento

hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44

614 Uso de la tierra 48

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000

a 2014 53

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65

V

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-

2055 71

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios

a mediano y largo plazo 75

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo

2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca

priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y

las tecnologiacuteas limpias 81

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad

del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87

8 Conclusiones 89

9 BIBLIOGRAFIacuteA 92

VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1En

ero

-12

Feb

-12

Ab

r-1

2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

ct-1

2N

ov-

12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

3Se

t-1

3O

ct-1

3D

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3Fe

b-1

4M

ar-1

4M

ay-1

4Ju

n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

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-11

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1

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-11

Ago

-11

Oct

-11

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-11

Feb

-12

Ab

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2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

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13

No

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3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

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4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

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300

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Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

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6000

7000

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No

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Mar

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v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

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Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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II

ACTA DE APROBACIOacuteN

El Tribunal Examinador aproboacute el trabajo titulado

ESCENARIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA CONSUMO

HUMANO EN LA MICROCUENCA DEL RIacuteO PORROSATIacute HEREDIA

COSTA RICA

Como requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Gestioacuten Ambiental con eacutenfasis en

Tecnologiacuteas Limpias

Miembros del Tribunal

--------------------------------------------

Decano Facultad de Tierra y Mar

Tomaacutes Marino Herrera

-------------------------------------

Representante de la Escuela de Ciencias Ambientales

M Sc Sonia Arguedas Quiros

-------------------------------

Ph D Jorge Herrera Murillo

Tutor

------------------------------------------

M Sc Pablo Ramiacuterez Granados

Lector

------------------------------------------

M Sc Franz Ulloa Chaverriacute

Lector

------------------------------------------

Esteban Montero Saacutenchez

Sustentante

Fecha__________________

III

TABLA DE CONTENIDOS

Tabla de Contenidos III

Iacutendice de Figuras VI

Iacutendice de Tablas VIII

Resumen 1

1 INTRODUCCIOacuteN 2

2 JUSTIFICACIOacuteN 4

3 OBJETIVOS 7

31 Objetivo general 7

32 Objetivos especiacuteficos 7

4 MARCO TEOacuteRICO 8

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9

43 Clima 11

44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14

46 Uso de la tierra 14

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas

hidrograacuteficas 15

5 MARCO METODOLOacuteGICO 17

511 Aacuterea de estudio 17

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 18

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca 19

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute 19

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21

531 Balance hiacutedrico 22

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22

533 Coeficientes de infiltracioacuten 22

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23

535 Muestreo de suelo 24

IV

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25

537 Balance del agua en el suelo 27

538 Evapotranspiracioacuten 27

539 Recarga al acuiacutefero 29

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32

5312 Zonas de balance hiacutedrico 33

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales

2025-2030 y 2050-2055 37

541 Datos climaacuteticos 38

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y

2050-2055 39

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la

microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 41

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento

hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44

614 Uso de la tierra 48

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000

a 2014 53

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65

V

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-

2055 71

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios

a mediano y largo plazo 75

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo

2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca

priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y

las tecnologiacuteas limpias 81

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad

del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87

8 Conclusiones 89

9 BIBLIOGRAFIacuteA 92

VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1En

ero

-12

Feb

-12

Ab

r-1

2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

ct-1

2N

ov-

12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

3Se

t-1

3O

ct-1

3D

ic-1

3Fe

b-1

4M

ar-1

4M

ay-1

4Ju

n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

250

300

Ene

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l

Set

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Ene

Mar

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l

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No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

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Ene

Mar

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l

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v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Vo

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carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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III

TABLA DE CONTENIDOS

Tabla de Contenidos III

Iacutendice de Figuras VI

Iacutendice de Tablas VIII

Resumen 1

1 INTRODUCCIOacuteN 2

2 JUSTIFICACIOacuteN 4

3 OBJETIVOS 7

31 Objetivo general 7

32 Objetivos especiacuteficos 7

4 MARCO TEOacuteRICO 8

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano 8

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea 9

43 Clima 11

44 Modelado de escenarios climaacuteticos 12

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica 14

46 Uso de la tierra 14

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de cuencas

hidrograacuteficas 15

5 MARCO METODOLOacuteGICO 17

511 Aacuterea de estudio 17

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 18

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca 19

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute 19

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica 20

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014 21

531 Balance hiacutedrico 22

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje 22

533 Coeficientes de infiltracioacuten 22

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo 23

535 Muestreo de suelo 24

IV

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25

537 Balance del agua en el suelo 27

538 Evapotranspiracioacuten 27

539 Recarga al acuiacutefero 29

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32

5312 Zonas de balance hiacutedrico 33

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales

2025-2030 y 2050-2055 37

541 Datos climaacuteticos 38

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y

2050-2055 39

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la

microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 41

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento

hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44

614 Uso de la tierra 48

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000

a 2014 53

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65

V

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-

2055 71

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios

a mediano y largo plazo 75

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo

2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca

priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y

las tecnologiacuteas limpias 81

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad

del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87

8 Conclusiones 89

9 BIBLIOGRAFIacuteA 92

VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1En

ero

-12

Feb

-12

Ab

r-1

2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

ct-1

2N

ov-

12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

3Se

t-1

3O

ct-1

3D

ic-1

3Fe

b-1

4M

ar-1

4M

ay-1

4Ju

n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

250

300

Ene

Mar

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l

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No

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Ene

Mar

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l

Set

No

v

Ene

Mar

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l

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l

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No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

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No

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Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

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Ene

Mar

May Ju

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No

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Ene

Mar

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No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Vo

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en d

e re

carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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IV

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo 25

537 Balance del agua en el suelo 27

538 Evapotranspiracioacuten 27

539 Recarga al acuiacutefero 29

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado 29

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero 32

5312 Zonas de balance hiacutedrico 33

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014 35

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten 36

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos temporales

2025-2030 y 2050-2055 37

541 Datos climaacuteticos 38

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten 2020-2015 y

2050-2055 39

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055 39

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en la

microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 40

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 41

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 41

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca 41

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario 43

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el comportamiento

hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 44

614 Uso de la tierra 48

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 50

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute de 2000

a 2014 53

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales 56

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 62

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015 62

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 63

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014 64

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos atmosfeacutericos 65

V

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-

2055 71

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios

a mediano y largo plazo 75

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo

2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca

priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y

las tecnologiacuteas limpias 81

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad

del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87

8 Conclusiones 89

9 BIBLIOGRAFIacuteA 92

VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

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2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

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2

Ene-

13

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-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1En

ero

-12

Feb

-12

Ab

r-1

2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

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12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

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3O

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4M

ar-1

4M

ay-1

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n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

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1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

Jul-

10

No

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0

Feb

-11

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1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

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3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

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150

200

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Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

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3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

250

300

Ene

Mar

May Ju

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Ene

Mar

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l

Set

No

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Ene

Mar

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l

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Mar

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No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

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2000

3000

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6000

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Mar

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Ene

Mar

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No

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m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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V

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 66

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y 2050-

2055 71

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030 71

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055 72

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 73

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo 73

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 74

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo 75

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los escenarios

a mediano y largo plazo 75

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el periodo

2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga 77

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca

priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias 81

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso hiacutedrico y

las tecnologiacuteas limpias 81

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo 84

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la disponibilidad

del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 87

8 Conclusiones 89

9 BIBLIOGRAFIacuteA 92

VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

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Julio

Ene

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Julio

Ene

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Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

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Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

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Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

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2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

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May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

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2

Feb

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2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

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2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

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Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

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Feb

-11

Mar

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May

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Jun

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Set-

11

No

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1

Ener

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2

Feb

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2

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-12

Jul-

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Oct

-12

No

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2

Ene-

13

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3

May

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13

Jul-

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13

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-13

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Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

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Set-

10

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Feb

-11

Mar

-11

May

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Jun

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Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

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2

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12

Oct

-12

No

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2

Ene-

13

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3

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Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

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Set-

10

Dic

-10

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-11

Mar

-11

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-11

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-11

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11

No

v-1

1En

ero

-12

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-12

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2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

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2N

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12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

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3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

3Se

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4M

ar-1

4M

ay-1

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4A

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4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

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10

No

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0

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1

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Oct

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-11

Feb

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2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

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3

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13

No

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3

Ene-

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-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

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No

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0

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1

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Oct

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-12

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2

Jun

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Oct

-12

Dic

-12

Feb

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Jun

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13

No

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14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

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2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

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3

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Jul-

13

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13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

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14

Set-

14

No

v-1

4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

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ote

nci

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3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

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3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

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en

de

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carg

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m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

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150

200

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300

Ene

Mar

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l

Set

No

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Ene

Mar

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Set

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Mar

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l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

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ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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VI

IacuteNDICE DE FIGURAS

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 18

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 35

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca 42

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia 44

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 45

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia 46

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia 48

Fig 8 Uso del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten propia

50

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 52

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

corregidos 54

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 55

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 56

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 57

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 58

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN 59

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN 60

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las

nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN y Asada San Pedro 61

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 62

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo

2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia 64

VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

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2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

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-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

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r-1

2

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12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

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-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

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2

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-12

Ab

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2

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-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

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-13

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3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1En

ero

-12

Feb

-12

Ab

r-1

2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

ct-1

2N

ov-

12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

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3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

3Se

t-1

3O

ct-1

3D

ic-1

3Fe

b-1

4M

ar-1

4M

ay-1

4Ju

n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

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1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

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150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

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3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

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m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

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2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

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v

Ene

Mar

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No

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ote

nci

al e

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m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

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6000

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Mar

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Ene

Mar

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Vo

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m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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VII

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA

(2016) 66

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia 67

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia 68

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia 69

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia 70

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 71

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 72

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 74

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 75

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 76

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia 78

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del

Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente

Elaboracioacuten propia 82

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-

UNEP (2003) 83

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario

y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia 84

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el mediano

y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia 85

VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1En

ero

-12

Feb

-12

Ab

r-1

2M

ay-1

2Ju

l-1

2O

ct-1

2N

ov-

12

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3M

ay-1

3Ju

l-1

3Ju

l-1

3Se

t-1

3O

ct-1

3D

ic-1

3Fe

b-1

4M

ar-1

4M

ay-1

4Ju

n-1

4A

go-1

4Se

t-1

4N

ov-

14

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Centro

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

Mar

-10

Jul-

10

No

v-1

0

Feb

-11

Ab

r-1

1

Jun

-11

Ago

-11

Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

Ab

r-1

2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

-13

Ab

r-1

3

Jun

-13

Jul-

13

Set-

13

No

v-1

3

Ene-

14

Mar

-14

May

-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

15

2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

250

300

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

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l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

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Set

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v

Ene

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l

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v

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

9 BIBLIOGRAFIacuteA

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VIII

IacuteNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos

meteoroloacutegicos 21

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv 23

Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones

hidraacuteulicas del suelo 25

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra 26

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo 30

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial 33

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute 34

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes

acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013 41

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con

fuentes dentro de la microcuenca 43

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos 47

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 49

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 51

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del

aacuterea de estudio (mm) 55

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2) 63

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-

2030 (km2) 73

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055

(km2) 74

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 77

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios

de mediano y largo plazo 78

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 86

RESUMEN

Se analizoacute la disponibilidad de agua para consumo humano con eacutenfasis en la

recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Esta microcuenca

se caracteriza por una importante densidad de afloramientos naturales de agua

subterraacutenea los cuales abastecen a cerca de 25 000 personas de manera directa

por medio de entes como las ASADAS las municipalidades y la Empresa de

Servicios Puacuteblicos de Heredia Ademaacutes se encuentra en una importante zona de

recarga de agua subterraacutenea de los acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen

a maacutes de la mitad de la poblacioacuten del Valle Central de Costa Rica

El anaacutelisis de la recarga de agua subterraacutenea muestra una alta sensibilidad ante las

variaciones climaacuteticas principalmente en los antildeos bajo la incidencia de eventos

como El Nintildeo o La Nintildea pese a que solo se presentaron eventos de magnitud leve

o moderada

El cambio de uso de la tierra mostroacute una tendencia constante hacia la disminucioacuten

de usos agriacutecolas y de cultivos para dar paso al aumento del uso urbano

principalmente hacia las partes medias y bajas de la microcuenca El incremento

del aacuterea urbana disminuyoacute las aacutereas de recarga por efecto de impermeabilizacioacuten

del suelo lo cual tuvo un efecto notorio sobre la capacidad de recarga

Los escenarios de disponibilidad muestran comportamientos atiacutepicos con cambios

significativos en el comportamiento estacional de la recarga los cuales se originaron

basados en las proyecciones climaacuteticas bajo un escenario de emisiones A2 en los

periodos 2025-2030 y 2050-2055 Los escenarios indican una disminucioacuten relevante

debido al aumento del aacuterea impermeabilizada si se continuacutea con las tendencias de

cambio de uso mostradas en los uacuteltimos 15 antildeos Tanto las proyecciones climaacuteticas

como las de uso de la tierra presentan un escenario complejo con limitaciones a la

recarga hiacutedrica de agua subterraacutenea y por ende a la disponibilidad de agua para

consumo humano en el mediano y largo plazo

Se propuso una priorizacioacuten de zonas por proteger dirigida a los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca mediante

diferentes mecanismos para asegurar la recarga de agua en el subsuelo asiacute como

otras medidas para aumentar la resiliencia de los sistemas de abastecimiento y el

manejo de variables hidroloacutegicas

2

1 INTRODUCCIOacuteN

La disponibilidad de recurso hiacutedrico para el abastecimiento de consumo humano es

un tema de relevancia mundial (Prieto 2004) La presioacuten sobre el recurso por el

incremento poblacional y el agotamiento de sus fuentes es un fenoacutemeno complejo

de variados origines Factores como la impermeabilizacioacuten de zonas de recarga la

ausencia de planificacioacuten en cuanto a las capacidades de abastecimiento de los

entes el crecimiento demograacutefico y la alteracioacuten del comportamiento climaacutetico

aumentan la incertidumbre y complejidad respecto a los escenarios de

disponibilidad del agua en el corto y mediano plazo (Urentildea 2005)

En los uacuteltimos antildeos se ha discutido con preocupacioacuten la incidencia de los patrones

climaacuteticos globales sobre el recurso hiacutedrico (Fowler et al 2007) debido a que la

irregularidad del comportamiento atmosfeacuterico puede provocar potenciales

alteraciones del ciclo hidroloacutegico en distintas escalas (Marshall amp Plumb 2013) Esta

inestabilidad resulta dificultosa de predecir por la gran cantidad de variables

inmersas y la especificidad de cada sistema hidroloacutegico

Dentro de las variaciones del clima que han sido reportadas en la historia reciente

se encuentra el aumento de la temperatura atmosfeacuterica (Stocker et al 2013) El

ascenso de la temperatura promedio modifica los rangos de evaporacioacuten del agua

en el suelo y superficies acuaacuteticas En el caso de las superficies terrestres la

temperatura tiene efectos directos sobre los valores de evapotranspiracioacuten siendo

este factor a su vez una limitante de la cantidad de agua en el subsuelo y por ende

de la recarga de agua subterraacutenea (Losilla amp Schosinsky 2000)

Por otro lado la distribucioacuten frecuencia e intensidad de los eventos de precipitacioacuten

es otro efecto esperado Los voluacutemenes de lluvia determinan en buena medida el

comportamiento de los sistemas hidroloacutegicos (Prieto 2004) La alteracioacuten de

patrones histoacutericos pone en riesgo el comportamiento de las fuentes de agua de

manera evidente la ausencia prolongada de precipitacioacuten impide el

reabastecimiento de los sistemas Las condiciones secas acompantildeadas de

temperaturas altas provocan un efecto de reforzamiento que incrementa el estreacutes

hiacutedrico y puede desencadenar en crisis de disponibilidad (Stocker et al 2013)

A su vez las variaciones en la distribucioacuten e intensidad de los eventos de lluvia

pueden generar inestabilidad respecto a la planificacioacuten de uso del recurso Los

eventos de mucha intensidad pese al gran volumen de agua caiacuteda que representan

no benefician necesariamente la disponibilidad de agua para consumo humano

Una mayor intensidad hace que el suelo no tenga la capacidad suficiente para

percolar el liacutequido a profundidades mayores por lo que su saturacioacuten incrementa el

porcentaje de agua por escorrentiacutea (Schosinsky 2006)

3

En Costa Rica la poblacioacuten del Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) consume en su

gran mayoriacutea agua de origen subterraacuteneo (Reynolds 2002) La razoacuten de este

comportamiento se justifica en la existencia de reservorios subterraacuteneos asociados

a formaciones volcaacutenicas de gran magnitud que han abastecido histoacutericamente a la

poblacioacuten dentro de este territorio (Denyer amp Kussmaul 2000) Otro motivo de

importancia de la predileccioacuten por el agua de origen subterraacuteneo es representar un

proceso de potabilizacioacuten maacutes simple que el agua de origen superficial

Asiacute el entendimiento de los procesos hidroloacutegicos involucrados en la recarga de los

acuiacuteferos del Valle Central es fundamental En este sentido ademaacutes de los procesos

naturales entran en juego factores antroacutepicos que pueden afectar de manera

significativa la recarga de agua y con ello el abastecimiento de la poblacioacuten La

alteracioacuten de las condiciones naturales por el cambio de uso de la tierra provoca

variaciones considerables que pueden ser irreversibles

El uso urbano tiene un efecto impermeabilizador que produce la inexistencia de

recarga hacia los reservorios subterraacuteneos y aumenta la escorrentiacutea superficial

Este efecto tiene repercusiones graves en zonas de alta recarga por lo que su

estudio es un tema de tanta relevancia como el de la afectacioacuten por factores

climaacuteticos

La generacioacuten de escenarios es una herramienta vital para la toma de decisiones y

acciones sobre el manejo uso y preservacioacuten del agua Pese a la incertidumbre que

implica realizar escenarios de variables como el clima o el uso de la tierra en el

futuro los esfuerzos en esta direccioacuten son valiosos en cuanto se van perfeccionando

las teacutecnicas y manejo de datos (Dawes et al 2012) En este sentido el anaacutelisis de

la disponibilidad de agua utilizando la cuenca hidrograacutefica como unidad de anaacutelisis

permite una visioacuten integral de todos los datos que entran en juego con relacioacuten a la

recarga de agua subterraacutenea y la disponibilidad de agua para la poblacioacuten inmersa

dentro de esta aacuterea

Con esto presente el proyecto de tesis Escenarios de disponibilidad de agua para

consumo humano en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute pretende hacer un

acercamiento entre el anaacutelisis de registros histoacutericos de clima y uso de la tierra con

respecto a los procesos de recarga en el periodo 2000-2014 y la generacioacuten de

escenarios de disponibilidad hiacutedrica con datos climaacuteticos de alto detalle y escenarios

de uso de la tierra basados en el anaacutelisis de las dinaacutemicas de cambio en los uacuteltimos

17 antildeos en la microcuenca en estudio

4

2 JUSTIFICACIOacuteN

La disponibilidad del agua para consumo humano ha sido una preocupacioacuten

permanente desde el inicio de las civilizaciones (Prieto 2004) La dependencia del

liacutequido va maacutes allaacute de las necesidades vitales al ser necesaria para una gran

cantidad de actividades que van desde la agricultura hasta procesos industriales

(Mora 2009)

El agua resulta fundamental para la salud del ser humano particularmente en los

procesos de nutricioacuten y sanidad Seguacuten Mora (2009) la cobertura de agua para

consumo humano de calidad potable tiene una correlacioacuten positiva con los

indicadores baacutesicos de salud Sin embargo no se puede hablar de calidad de agua

sin antes hacer referencia a la disponibilidad

Dentro de los principales factores que afectan la disponibilidad del recurso se

encuentran la disminucioacuten de cobertura vegetal seguida de la impermeabilizacioacuten

por concepto de urbanizacioacuten y las variaciones en precipitacioacuten y temperatura que

afectan los procesos naturales del agua subterraacutenea y superficial (Dawes et al

2012) Por otro lado el aumento de la poblacioacuten y las actividades asociadas a su

desarrollo incrementan la presioacuten sobre el recurso (UNESCO 2012 Urentildea 2005)

Sumado a los puntos anteriores se debe tomar en cuenta la incidencia del cambio

climaacutetico sobre las fluctuaciones meteoroloacutegicas las cuales podriacutean recrudecer las

condiciones con eacutepocas secas maacutes secas y calientes asiacute como temporadas

lluviosas con precipitaciones extremas maacutes frecuentes (Saacutenchez et al 2011) En el

uacuteltimo siglo se han comprobado aumentos de la temperatura promedio en extensas

aacutereas del mundo ademaacutes en lo que va del nuevo milenio se han sobrepasado los

reacutecords de temperatura promedio en repetidas ocasiones (Stocker et al 2013)

La situacioacuten en Centroameacuterica es apremiante pues esta zona ha sido denominada

como ldquozona calienterdquo en donde se espera que las variaciones climaacuteticas se

comporten con mayor intensidad lo que aunado a la vulnerabilidad de sus paiacuteses

hacen prever situaciones criacuteticas (Galindo 2014) Se espera que el sector de

abastecimiento de recurso hiacutedrico sea uno de los maacutes perjudicados por estas

condiciones en la regioacuten tanto por la escasez de agua en distintas eacutepocas del antildeo

como por la afectacioacuten a la infraestructura de abastecimiento y la poca capacidad

de respuesta de muchos de los entes encargados

Especiacuteficamente en la zona del Valle Central se pronostica una reduccioacuten de entre

-15 a -35 en las regiones donde se estima menos lluvia que en la actualidad El

comportamiento puede ser similar al presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo

Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten suceden

5

de manera extrema (Alvarado et al 2012) Estos escenarios pronostican panoramas

de mucha incertidumbre y compleja planificacioacuten

Costa Rica es un paiacutes con abundantes recursos hiacutedricos no obstante su

distribucioacuten estaacute sujeta a importantes variaciones geograacuteficas climaacuteticas y de

gestioacuten creando problemas de disponibilidad para sus pobladores (Varela 2007)

En extraccioacuten de agua el paiacutes ocupa el segundo lugar a nivel centroamericano pese

a su limitado espacio terrestre (CEPAL 2010) Evaluaciones como las realizadas por

el Instituto Meteoroloacutegico Nacional (2008) evidencian la vulnerabilidad de los

sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano Dentro de los

principales factores que generan la alta vulnerabilidad de los sistemas se

encuentran la alta dependencia y sensibilidad de las fuentes de agua ante el

comportamiento climaacutetico las debilidades de los entes encargados del suministro

en aacutereas como infraestructura y planificacioacuten en el mediano y largo plazo ademaacutes

de otros factores como el incremento de la densidad poblacional y el aumento de la

presioacuten sobre aacutereas de recarga (Green et al 2011)

En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida

con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas principalmente de los acuiacuteferos

Barva y Colima (Reynolds 2002) Sin embargo las implicaciones directas del

cambio climaacutetico sobre el agua subterraacutenea ha sido un tema rezagado a nivel global

dentro de los posibles impactos por considerar en donde Costa Rica no es la

excepcioacuten (Bates et al 2008)

En este sentido las cuencas hidrograacuteficas como unidad territorial de delimitacioacuten

ofrecen un panorama amplio para el anaacutelisis de los factores naturales involucrados

en la disponibilidad de agua para consumo humano y coacutemo estos pueden ser

afectados por acciones antropogeacutenicas La cuenca hidrograacutefica del riacuteo Taacutercoles

cubre gran parte del aacuterea metropolitana del paiacutes siendo a su vez la subcuenca del

riacuteo Virrilla la maacutes densamente poblada (Mora 2009) El abastecimiento de agua del

que se nutre la poblacioacuten dentro de esta subcuenca se ha visto comprometido por

cantidad o calidad en el pasado reciente (Reynolds amp Fraile 2009) A su vez en las

partes altas de esta subcuenca se hallan diversas microcuencas en las cuales

ocurren los mayores voluacutemenes de recarga seguacuten Ramiacuterez (2007)

Dentro de estas sobresale la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute encontraacutendose una

gran cantidad de afloramientos naturales que abastecen de forma directa a cerca

de 50 mil personas y probablemente a una cifra mayor de manera indirecta (Sibaja

2013) Esta microcuenca nace en las faldas del volcaacuten Barva y se extiende por

zonas que combinan una serie de caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas y ecoloacutegicas que

la hacen poseedora de un alto potencial para la recarga acuiacutefera por tanto se

seleccionoacute como indicadora de la respuesta de los sistemas acuiacuteferos locales a la

variabilidad climaacutetica y de usos de la tierra por concepto de cambios en produccioacuten

6

de manantiales Esta condicioacuten hace que la microcuenca tenga una alta importancia

dentro del abastecimiento de las ASADAS ESPH y acueductos municipales por lo

que el riesgo de afectacioacuten es mayor

Muestra de la susceptibilidad a las condiciones meteoroloacutegicas de los sistemas

hiacutedricos pertenecientes a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute son los constantes

racionamientos que deben aplicar tanto las ASADAS como la Empresa de Servicios

Puacuteblicos de Heredia (ESPH) en las temporadas secas Por ende se plantea que no

existe informacioacuten cientiacutefica que muestre el comportamiento de la recarga ante las

variaciones climaacuteticas que les permita a los encargados del suministro de agua

tomar prevenciones y poliacuteticas de mediano o largo plazo

La Contraloriacutea General de la Repuacuteblica en el informe Nro DFOE-AE-IF-07-2012

del 28 de noviembre sobre la eficacia y eficiencia de la ESPH en garantizar la

prestacioacuten del servicio de abastecimiento de agua potable sentildeala que la institucioacuten

no cuenta con la capacidad de asegurar la sostenibilidad del suministro Dentro del

informe se muestran datos de suma relevancia en los cuales se indica una tendencia

a la baja en la produccioacuten mensual de agua en las fuentes captadas desde el antildeo

2008

En el rubro de consumo de agua los datos histoacutericos de la ESPH muestran que

desde 2004 el consumo de agua per caacutepita ha disminuido no obstante el consumo

total ha aumentado debido principalmente al crecimiento demograacutefico y la

progresioacuten del sector industrial y comercial en las zonas cubiertas por la empresa

(CGR 2012)

La disminucioacuten de la produccioacuten de agua en las fuentes y el aumento del consumo

total han provocado momentos en los que la capacidad de abastecimiento es

superada por la demanda lo cual pone en riesgo la disponibilidad de agua para los

sectores abastecidos por la ESPH como se describe textualmente en el informe

El comportamiento descrito se explica por tres factores El primero es

que los cambios estacionales reducen los caudales en las zonas de

captacioacuten El segundo radica en que no se ha ampliado

suficientemente la capacidad instalada de captacioacuten de fuentes

superficiales y subterraacuteneas En tercer lugar el crecimiento del

nuacutemero de hogares industrias y comercios ha llevado a que las

fuentes explotadas resulten insuficientes (CGR 2012 5)

En cifras el consumo mensual per caacutepita experimentoacute una disminucioacuten al pasar de

642 m3 en el antildeo 2004 a 614 m3 en el 2011 (CGR 2012)

La ESPH posee una amplia gama de fuentes captadas tanto subterraacuteneas como

superficiales las cuales en su mayoriacutea estaacuten ubicadas en las zonas altas de los

7

cantones de Barva San Rafael y San Isidro y especiacuteficamente dos de las

captaciones de marcada importancia se localizan dentro del aacuterea de estudio

La poca informacioacuten disponible en cuanto a la cantidad de agua en el futuro causa

incertidumbre en la adopcioacuten de poliacuteticas o medidas que permitan crear una

adecuada planificacioacuten del recurso (UNESCO 2012) Teniendo en cuenta la

dependencia de fuentes subterraacuteneas para el abastecimiento de agua de la

poblacioacuten en la microcuenca existe una ausencia significativa de bases cientiacuteficas

que permitan tomar decisiones basadas en datos respecto a la planificacioacuten del

recurso en la microcuenca

En consideracioacuten a lo anterior el presente estudio estaacute dirigido a los diferentes

actores involucrados en la gestioacuten del agua para uso y consumo humano y pretende

ofrecer un respaldo cientiacutefico y proyecciones confiables de las distintas formas de

proteccioacuten del recurso hiacutedrico para consumo humano y las posibles medidas de

adaptacioacuten en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

3 OBJETIVOS

31 Objetivo general

Generar escenarios de disponibilidad de agua para consumo humano a corto y

largo plazo en relacioacuten con la recarga de agua subterraacutenea en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

32 Objetivos especiacuteficos

1 Elaborar un diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

2 Efectuar un balance hiacutedrico histoacuterico que permita establecer relaciones

hidroloacutegicas entre datos meteoroloacutegicos y el comportamiento hidromeacutetrico de

los manantiales en la microcuenca

3 Generar escenarios de recarga hiacutedrica en los tractos temporales 2025-2030

que representa el corto plazo y 2050-2055 en referencia al largo plazo

considerando los cambios del uso de la tierra

4 Elaborar recomendaciones apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias para

la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la microcuenca priorizando el consumo

humano

8

4 MARCO TEOacuteRICO

41 Ciclo hidroloacutegico y agua para consumo humano

El ciclo hidroloacutegico integra todos los procesos de circulacioacuten que el agua en sus

diferentes estados lleva a cabo En el caso de las zonas tropicales la inexistencia

de nevadas hace de la precipitacioacuten liacutequida el mayor aporte de humedad a los

ecosistemas terrestres (Prieto 2004) En teacuterminos de consumo humano la

disponibilidad de agua comprende la cantidad a la que puede acceder una persona

o poblacioacuten de manera praacutectica y apta para su consumo (Gavidia amp Rueda 2006)

Pese a que en general la regioacuten latinoamericana posee altos valores de

precipitacioacuten generando importantes cantidades del recurso estos no son

distribuidos regularmente en el espacio y el tiempo lo que condiciona su

accesibilidad (PNUMA 2003)

En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado un crecimiento en la preocupacioacuten por la

disponibilidad de agua para consumo humano a nivel mundial (PNUMA 2003)

Aunque en la regioacuten latinoamericana auacuten se cuenta con un iacutendice de disponibilidad

por habitante alto en comparacioacuten con otras regiones del mundo la cantidad ha

venido decreciendo de forma significativa tanto por la alteracioacuten del ciclo hidroloacutegico

como por factores humanos y el incremento de la presioacuten por el liacutequido (Gavidia amp

Rueda 2006) El paiacutes parece seguir la misma tendencia regional y mundial al

deteriorarse las zonas de recarga acuiacutefera y aumentar la demanda de agua sin

embargo se carece de programas de investigacioacuten al respecto (Mora 2009) Los

principales agravantes en la disponibilidad del recurso definidos en el presente

estudio seraacuten las fluctuaciones meteoroloacutegicas por causa del cambio climaacutetico y el

cambio de uso de la tierra inducido por la dinaacutemicas antropogeacutenicas

Las principales fuentes de agua pueden ser subterraacuteneas superficiales o

directamente de la recoleccioacuten de aguas llovidas El agua subterraacutenea incluye todos

los reservorios de agua en el subsuelo (Dawes et al 2011) Las fuentes

subterraacuteneas representan el 6 de la proporcioacuten de masas del agua del planeta y

constituyen una proporcioacuten de suma relevancia en el abastecimiento del liacutequido para

consumo humano La recarga de estos reservorios estaacute dada por la combinacioacuten de

factores dentro de los que se encuentran la infiltracioacuten y percolacioacuten de

precipitacioacuten meteoacuterica conexiones hidraacuteulicas entre fuentes superficiales como

riacuteos y lagos y la recarga por deshielo en zonas bajas (Glynn amp Heinke 1999)

El agua de origen subterraacutenea es la de mayor importancia en Costa Rica

especiacuteficamente en el Valle Central abastece a cerca del 65 de la poblacioacuten

(Reynolds 2002) En teacuterminos generales para el almacenamiento de estos

reservorios se sigue una circulacioacuten que comprende la infiltracioacuten en el suelo tras

un evento de precipitacioacuten y el movimiento y percolacioacuten a traveacutes de las diferentes

9

capas del subsuelo En este proceso suceden peacuterdidas por conceptos de

escorrentiacutea superficial y evapotranspiracioacuten de la vegetacioacuten (Fowler et al 2007)

La velocidad de recarga puede variar enormemente y estaacute determinada por las

diferentes estructuras geoloacutegicas geomorfoloacutegicas de un lugar (Denyer amp Kussmaul

2000) Esta velocidad determina la velocidad de regenerarse de una fuente

subterraacutenea y junto con el tamantildeo del reservorio da cuenta de la capacidad de

aprovechamiento que es capaz de soportar sin comprometer el servicio

ecosisteacutemico en el futuro (Kurylyk amp MacQuarrie 2013)

42 Modelado del efecto de la variabilidad climaacutetica en agua subterraacutenea

A nivel mundial autores como Bates et al (2008) Green et al (2011) y Kurylyk et

al (2013) discuten como auacuten el tema del impacto del cambio climaacutetico sobre el

agua subterraacutenea ha sido rezagado En el surgimiento de estudios recientes acerca

del tema salta una nueva incertidumbre la veracidad de los datos obtenidos con

las distintas metodologiacuteas

En la actualidad estaacute a disposicioacuten una variedad de herramientas para simular coacutemo

los cambios climaacuteticos futuros afectan los procesos de recarga de agua subterraacutenea

El proceso generalmente comprende la modelacioacuten de precipitacioacuten y temperatura

mediante modelos de circulacioacuten general la reduccioacuten de escala por medio de

modelos dinaacutemicos o estadiacutesticos para simular las condiciones locales de un aacuterea

especiacutefica y por uacuteltimo la utilizacioacuten de modelos hidroloacutegicos para simular la

recarga del agua subterraacutenea (Loaacuteiciga 2003)

El intereacutes por conocer acerca de la respuesta hidroloacutegica es cada vez maacutes

trascendental Aunque en los uacuteltimos antildeos se han llevado a cabo grandes esfuerzos

por conocer maacutes del tema estos en su mayoriacutea se concentran en el impacto a las

fuentes de superficiales Sin embargo la dependencia de gran parte de la poblacioacuten

mundial hace que el tema del agua subterraacutenea en contextos de cambio climaacutetico

cobre auge en el nuacutemero de publicaciones y conferencias a nivel mundial (Green et

al 2011)

En este sentido basados en necesidades actuales se han desarrollado modelos

que intentan predecir diferentes variantes dentro de la dinaacutemica del agua

subterraacutenea Por ejemplo se han elaborado meacutetodos para el modelado de la

concentracioacuten de nitratos y foacutesforo contaminantes frecuentemente hallados en

cantidades significativas en el agua subterraacutenea (Martinkova 2011 Stuart et al

2011 Narula amp Gosain 2013)

Sin duda el proceso maacutes destacado de la modelacioacuten en agua subterraacutenea y objeto

de la presente investigacioacuten es la recarga de acuiacuteferos ya sea incorporando

escenarios de cambio climaacutetico o sin ellos Dentro de esta se pueden integrar las

variaciones en el cambio de los usos del suelo cambio en la morfologiacutea vegetal por

10

la abundancia de CO2 atmosfeacuterico el aumento de la evapotranspiracioacuten y humedad

del suelo entre otros (Ali et al 2012 Gunawardhana amp Kazama 2012 Beck amp

Bernauer 2011) aspecto que se detalla en la fase metodoloacutegica

En el paiacutes se utiliza con especial preferencia el agua de origen subterraacuteneo por sus

ventajas en cuanto a calidad (Mora 2009) Estos beneficios sanitarios se traducen

en beneficios econoacutemicos al requerirse para su potabilizacioacuten solo los sistemas de

cloracioacuten (OPS 2003)

Costa Rica sobresale a nivel centroamericano por poseer uno de los dos acuiacuteferos

de mayor importancia en todo Centroameacuterica a pesar de su reducido territorio

continental (CEPAL 2010) Se trata de los sistemas acuiacuteferos del Valle Central

dentro de los que resaltan el Barva y el Colima especiacuteficamente en el Gran Aacuterea

Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de la poblacioacuten es abastecida con agua

proveniente de fuentes subterraacuteneas (Reynolds 2002) Seguacuten Ramiacuterez (2007) y

Castro (2011) los acuiacuteferos del Valle Central y en especiacutefico el Barva tienen su

principal aacuterea de recarga en las faldas del volcaacuten del mismo nombre Cabe destacar

que tambieacuten se da casi por un hecho la recarga viacutea conexioacuten hidraacuteulica con los

abundantes cauces superficiales de la zona (Reynolds-Vargas amp Fraile 2006)

Contextualizados con las variaciones climaacutetica previstas a futuro la gestioacuten del agua

subterraacutenea resulta un tema incierto y fundamental (UNESCO 2012) Se debe

comprender que ademaacutes de los factores climaacuteticos muchos procesos

antropogeacutenicos afectan de manera sensible el abastecimiento de agua como el

cambio de uso de la tierra y el aumento en la demanda (Varela 2007)

Las zonas montantildeosas de la provincia de Heredia ya han sido calificadas como

parte esencial de las zonas de recarga del acuiacutefero Barva de acuerdo con lo

encontrado por Ramiacuterez (2007) utilizando el modelo Losilla amp Schosinsky (2000)

asiacute como Sibaja (2014) y Hernando (2012) empleando el modelo Thornthwaite

El modelo utilizado para estimar el balance hiacutedrico de suelos y su posterior recarga

al acuiacutefero con base en la precipitacioacuten mensual seraacute el propuesto por Schosinsky

(2006) El mismo fue declarado como oficial en Costa Rica para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo se basa

en clasificar el comportamiento de las diferentes variables dentro de rangos con sus

equivalentes porcentuales y su manejo como coeficientes

La relacioacuten de variables es una combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que

infiltra y balance de humedad de suelos La determinacioacuten parte del volumen de

agua precipitada y la cantidad que logra recargar un acuiacutefero a partir de diferentes

condicionantes como el tipo suelo vegetacioacuten pendiente y evapotranspiracioacuten

(Schosinsky 2006)

11

43 Clima

La clasificacioacuten y entendimiento del comportamiento de las condiciones

atmosfeacutericas es denominado como clima cuya determinacioacuten estaacute dada por

registros de al menos 30 antildeos para regiones o zonas especiacuteficas (Marshall amp Plumb

2013) Factores como la temperatura radiacioacuten solar precipitacioacuten humedad y

nubosidad son medidos con instrumentacioacuten especializados y su interpretacioacuten es

de suma utilidad en aplicaciones que van desde la agricultura hasta la hidrologiacutea

entre muchas otras (IMN 2008)

A la vez la fluctuacioacuten del tiempo atmosfeacuterico con respecto a la norma o promedio

que es representado por el clima de una zona en especiacutefico es denominada

variabilidad climaacutetica Los eventos hidrometeoroloacutegicos extremos se contemplan

dentro de esta variabilidad climaacutetica Se presume que el cambio climaacutetico afectaraacute

el comportamiento de la variabilidad del clima al aumentar la frecuencia de eventos

fuera del promedio (Stocker 2013) Tambieacuten debe considerarse que seguacuten la nocioacuten

de la poblacioacuten puede percibirse un evento como extremo sin que este

necesariamente represente una distancia estadiacutestica marcada en relacioacuten con los

promedios de comportamiento en teacuterminos fiacutesicos como se deja en claro en la

investigacioacuten de Lavel (2009)

Pese a que existe una gran discusioacuten en torno al teacutermino cambio climaacutetico el IPCC

(2014) lo ha definido como la alteracioacuten del comportamiento promedio o de sus

propiedades que persisten en escalas largas de tiempo Este mismo organismo

encargado de recopilar informacioacuten mundial y liderar la discusioacuten en el tema

mediante amplios grupos de expertos internacionales ha aceptado la hipoacutetesis que

en la actualidad se han observado variaciones atribuibles al impacto antropogeacutenico

sobre los ciclos climaacuteticos globales

La explicacioacuten maacutes aceptada del origen se basa en el acelerado aumento de la

emisioacuten y posterior concentracioacuten de gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera

tras la Revolucioacuten Industrial a mediados del siglo XIX (IPCC 2007) Aunque auacuten

persiste la incertidumbre y la negacioacuten en cuanto al tema sendos informes en

diversos lugares del planeta han identificado variaciones del comportamiento

atmosfeacuterico en deacutecadas recientes inusuales con lo observado en registros climaacuteticos

antiguos (NOAA 2015) El deshielo de zonas altas y polares el incremento de las

temperaturas de los oceacuteanos y la alteracioacuten de patrones climaacuteticos son evidencias

de posibles cambios en el comportamiento atmosfeacuterico a gran escala Otra potencial

evidencia es que la uacuteltima deacutecada ha sido la maacutes caliente desde que se tienen

registros es decir 1850 y responde a una tendencia de larga duracioacuten en donde

2015 fue el antildeo consecutivo nuacutemero 39 (desde 1977) en el cual se sobrepasa el

promedio de temperatura del siglo XX (Steffen amp Fenwick 2016 NOAA 2015)

12

A nivel global la tendencia histoacuterica y las proyecciones a futuro muestran que la

temperatura puede incrementarse de 14 a 58 degC al antildeo 2100 (Saacutenchez et al 2011)

Se pronostican cambios en la temperatura y precipitacioacuten promedio la

estacionalidad y distribucioacuten espacial del clima y aumentos en la intensidad y

frecuencia de eventos climaacuteticos De no darse una reduccioacuten draacutestica de la emisioacuten

de gases de efecto invernadero tanto este factor como los elementos reforzantes

del cambio climaacutetico tendraacuten el potencial de modificar el clima planetario

severamente comprometiendo la existencia de la vida como hoy se conoce (Stocker

et al 2013)

En Costa Rica se han realizado esfuerzos por conocer las implicaciones de los

escenarios climaacuteticos Villalobos et al (2007) en un estudio efectuado para la zona

noroccidental del Valle Central utilizando salida de modelos de circulacioacuten general

con aplicacioacuten de teacutecnicas de reduccioacuten de escala tipo estadiacutestica (SDSM) explican

que sus escenarios climaacuteticos indican una reduccioacuten en la precipitacioacuten cercana al

10 en las zonas medias y bajas analizadas dentro del respectivo estudio asiacute

como un aumento en la temperatura de 08 degC

Alvarado et al (2012) mediante el promedio de cinco modelos de circulacioacuten

general y reescalameinto estadiacutestico pronostican para la zona del Valle Central una

reduccioacuten de entre -15 a -35 de la precipitacioacuten en las regiones donde se estima

menos lluvia que en la actualidad El comportamiento puede ser similar al

presentado en eacutepocas del fenoacutemeno El Nintildeo Oscilacioacuten del Sur (ENOS) en donde

los eventos de sequiacutea o precipitacioacuten ocurren de forma extrema Por lo anterior los

sistemas de abastecimiento se veraacuten potencialmente comprometidos

44 Modelado de escenarios climaacuteticos

En el caso especiacutefico del cambio climaacutetico la principal herramienta para su

investigacioacuten es la modelacioacuten numeacuterica En las uacuteltimas deacutecadas se ha desarrollado

una innumerable cantidad de modelos para la prediccioacuten del cambio climaacutetico y sus

impactos El Panel Intergubernamental para el Cambio Climaacutetico (IPCC) organismo

creado con el fin de aportar elementos para el entendimiento mitigacioacuten y

adaptacioacuten del CC ha brindado diferentes alternativas de modelado De igual

manera ha categorizado los escenarios climaacuteticos seguacuten el volumen de emisiones

contaminantes emitidas (Moss et al 2008)

La complejidad en modelar el clima hace necesario el acoplamiento de los diferentes

componentes del sistema climaacutetico atmoacutesfera oceacuteano superficie de la tierra o hielo

marino Para este fin existen los modelos de circulacioacuten general (GCM por sus

siglas en ingleacutes) los cuales constan de una rejilla tridimensional (longitud-latitud-

altura) y variacutean en su nivel de complejidad y alcance Principalmente son utilizados

para la prediccioacuten de precipitacioacuten y temperatura (Saacutenchez et al 2011)

13

En los GCM por ldquocomplejidadrdquo se entiende el nivel de detalle con que se trata cada

uno de los componentes del modelo y por ldquoalcancerdquo el nuacutemero de componentes

incluidos Asiacute se pueden desarrollar modelos globales con resoluciones espaciales

muy bajas (poco nivel de detalle) los cuales posibilitan hacer estimaciones a nivel

macro con la limitante de no ofrecer datos precisos a escala local (IPCC 1997)

Por otro lado se han desarrollado los modelos regionales de circulacioacuten general

(RCM por sus siglas en ingleacutes) Estos permiten obtener resultados a una menor

escala o sea mayor resolucioacuten espacial Son especialmente utilizados para la toma

de poliacuteticas de mitigacioacuten y adaptacioacuten al cambio climaacutetico (Saacutenchez et al 2011)

Pese a lo anterior existen teacutecnicas para obtener datos maacutes detallados El

downscaling o reduccioacuten de escala son teacutecnicas para obtener datos generados a

partir de modelos de circulacioacuten general a una escala menor de la que arrojan sus

resultados Se basan en la relacioacuten de variables atmosfeacutericas a gran escala con

variables locales o regionales permitiendo por ejemplo la aplicacioacuten de escenarios

climaacuteticos en modelos hidroloacutegicos (Saacutenchez et al 2011)

Existen varias teacutecnicas para el reescalamiento clasificadas en dos grupos los

estadiacutesticos que se fundamentan en la correccioacuten de relaciones numeacutericas

mediante la observacioacuten empiacuterica por ejemplo de datos histoacutericos de clima y

precipitacioacuten Por otra parte el reescalamiento dinaacutemico consta de un nuevo modelo

que redimensiona las variables originadas en modelos de circulacioacuten general

(Fowler et al 2007)

Los modelos dinaacutemicos son maacutes efectivos cuando los factores locales como

cobertura de suelo topografiacutea afectan en mayor medida el clima del lugar Caso

contrario sucede cuando las condiciones son homogeacuteneas (Wang et al 2004)

Dentro de las principales limitantes de este meacutetodo se encuentran su complejidad

en el requerimiento de datos de entrada y el costo de los paquetes informaacuteticos

(Fowler et al 2007)

En tanto los modelos estadiacutesticos establecen la diferencia entre los datos de control

y los datos a futuro ajustando los datos generados mediante factores de cambio

pudiendo corregir los datos inclusive a escala diaria Dentro de los meacutetodos

estadiacutesticos comuacutenmente usados en el downscaling estaacuten los coeficientes de

correlacioacuten y distancia medida como raiacutez del error cuadraacutetico medio (Busuioc et al

2001) Sin embargo Wilby et al (2002) mencionan que a efectos de modelar el

cambio climaacutetico el meacutetodo maacutes efectivo es el que mejor reproduzca las variables

de baja frecuencia atmosfeacuterica Las limitantes maacutes significativas son las que tienden

a obviar las variaciones haciendo constante los patrones de cambio (Fowler et al

2007)

14

45 Cuenca y microcuenca hidrograacutefica

Una cuenca hidrograacutefica es definida como la conformacioacuten fisiograacutefica en la cual

por sus condiciones naturales de relieve el agua de lluvia precipitada es conducida

hacia un cauce principal de agua En ella se interrelacionan factores biofiacutesicos

(agua suelo) bioloacutegicos (flora y fauna) y humanos (socioeconoacutemicos culturales

institucionales) (Rodas 2008 Zury 2012)

La unidad de cuenca estaacute conformada por un riacuteo principal y por todos los territorios

comprendidos menores que aportan agua a ese riacuteo principal El agua captada por

la cuenca puede alimentar otro riacuteo un lago un pantano una bahiacutea un acuiacutefero

subterraacuteneo o bien a varios de estos elementos del paisaje (Aguilar amp Iza 2006 en

Zury 2012)

Asiacute la microcuenca es la unidad maacutes pequentildea de la cuenca hidrograacutefica la cual

cuenta con todas las caracteriacutesticas de una cuenca hidrograacutefica a pequentildea escala

Los teacuterminos gran cuenca subcuenca y microcuenca responden al sistema de

nomenclatura utilizado a nivel nacional En Costa Rica el Instituto Costarricense de

Electricidad (ICE) clasificoacute la totalidad del territorio nacional en 34 grandes cuencas

hidrograacuteficas (ICE 1990) De ellas se derivan las subcuencas y estas a su vez

estaacuten conformadas por microcuencas Al ser la microcuenca la unidad maacutes pequentildea

dentro de la clasificacioacuten no implica que no pueda dividirse en unidades de cuencas

auacuten maacutes pequentildeas

46 Uso de la tierra

Seguacuten Dengo (2004) el teacutermino ldquouso del suelordquo estaacute mal empleado al momento de

utilizarlo para describir la actividad humana o natural desarrollada sobre un espacio

geograacutefico determinado pues el teacutermino ldquosuelordquo es ampliamente utilizado en el

aacutembito agriacutecola tendiendo a inducir a error ya que se pueden dar actividades poco

relacionadas con el suelo como elemento En tanto propone el teacutermino ldquouso de la

tierrardquo como designio maacutes general para el uso o actividad desarrollada en un espacio

geograacutefico determinado Por lo tanto se emplearaacute la denominacioacuten ldquouso de la tierrardquo

para clasificar las actividades humanas o caracteriacutesticas naturales dentro del aacuterea

de estudio

Las proyecciones de cambio de uso de la tierra es un tema con poco desarrollo a

nivel mundial Autores como Henriacutequez et al (2006) y Candela et al (2015) han

efectuado estudios para el anaacutelisis de escenarios de cambio de uso de la tierra en

donde recalcan la dificultad de realizar escenarios de cambio de uso por la poca

predictibilidad que encierran los diferentes factores Los mismos emplearon

modelos y el anaacutelisis de comportamiento histoacuterico reciente mediante cadenas de

Markov en el primer caso y el Land Change Modeller en IDISRI

15

47 Tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten y resiliencia en el manejo de

cuencas hidrograacuteficas

En los uacuteltimos antildeos las tecnologiacuteas limpias han tomado un papel protagoacutenico en el

aacutembito empresarial e institucional en cuanto se procura que el desarrollo tecnoloacutegico

vaya de la mano con praacutecticas menos impactantes sobre el ambiente (Musmmani

2013) El manejo de cuencas en sus distintos enfoques ha incorporado las

tecnologiacuteas limpias para lograr la armonizacioacuten de los sistemas productivos con el

uso y manejo dentro de las cuencas no contaminantes ingenieriacutea natural

tecnologiacuteas de descontaminacioacuten manejo de desechos soacutelidos y liacutequidos

recuperacioacuten de suelos degradados etc son solo algunos ejemplos de

componentes estrateacutegicos que frecuentemente se incluyen en los planes de accioacuten

de manejo en microcuencas como lo destacan Jimeacutenez amp Faustino (sf)

Por tecnologiacuteas limpias no solo deben entenderse dispositivos complejos de

avanzada sino ademaacutes toda praacutectica y conocimiento que puesto en praacutectica

fomente la minimizacioacuten de los impactos ambientales de un determinado proceso

antropogeacutenico El fomento del uso de tecnologiacuteas limpias para la adaptacioacuten a los

impactos del cambio climaacutetico sobre la disponibilidad de agua para consumo

humano es una estrategia contemplada dentro de la Estrategia Nacional de Cambio

Climaacutetico (MINAET 2009)

Seguacuten la Estrategia Nacional de Cambio Climaacutetico (2009) la adaptacioacuten comprende

la reduccioacuten de impactos y el aprovechamiento de oportunidades abarcando los

sectores econoacutemico social y poliacutetico Tambieacuten define que las acciones de

adaptacioacuten son una importante herramienta para la toma de decisiones a todos los

niveles jeraacuterquicos

En la ENCC (2009) se han definido criterios generales para la adaptacioacuten del sector

hiacutedrico al cambio climaacutetico tales como

(hellip) calcular el balance hiacutedrico por cuenca hidrograacutefica (oferta) lo cual

es un instrumento baacutesico para la asignacioacuten del agua (demanda) en la

gestioacuten integrada del recurso hiacutedrico mejorar la cobertura alcances y

confiabilidad de la red hidrometeoroloacutegica necesaria para el monitoreo

de las variables meteoroloacutegicas requeridas para el balance hiacutedrico

incentivar tecnologiacuteas que permitan aumentar la eficiencia en el uso

del agua domeacutestica industrial agriacutecola hidroeleacutectrica mejoramiento

de la infraestructura de los sistemas de agua potable para proveerla

en mayor cantidad y calidad implementacioacuten del Ajuste Ambiental del

Canon de Aprovechamiento de Agua asiacute como el de Vertidos otorgar

seguridad juriacutedica en el marco del ordenamiento del Estado a las

zonas de proteccioacuten de los acuiacuteferos destinados al abastecimiento

humano consolidacioacuten financiera del Sistema Nacional de Pagos de

16

Servicios Ambientales desarrollar un programa de sensibilizacioacuten

puacuteblica sobre la adaptacioacuten del recurso hiacutedrico al cambio climaacutetico

monitorear los impactos e incentivar la investigacioacuten para la reduccioacuten

de la vulnerabilidad y la identificacioacuten de acciones de adaptacioacuten del

sector hiacutedrico al cambio climaacutetico

17

5 MARCO METODOLOacuteGICO

Se utilizoacute una metodologiacutea de tipo cuantitativa El alcance consistioacute en establecer la

disponibilidad de agua a futuro en el aacuterea de estudio La disponibilidad es entendida

en este caso concreto por la relacioacuten de las condiciones hidroloacutegicas naturales con

especial eacutenfasis en la recarga acuiacutefera y las alteraciones que puede sufrir por

dinaacutemicas climaacuteticas y uso de la tierra Dentro de la disponibilidad no se incluiraacute la

calidad del recurso Ademaacutes tendraacute un componente cualitativo en la evaluacioacuten de

las estrategias futuras de adaptacioacuten de los diferentes entes y sectores usuarios

Las principales variantes por estudiar fueron la potencial incidencia de la variabilidad

climaacutetica en el contexto de posibles cambios climaacuteticos al pronosticarse

fluctuaciones importantes en los componentes de temperatura y precipitacioacuten y los

cambios en el uso de la tierra al existir una relacioacuten directa o indirecta en la

alteracioacuten de aacutereas de recarga acuiacutefera Se tomaron tractos temporales de 20 antildeos

con el fin de prever las variaciones a corto y largo plazo Dichos tractos seraacuten

respectivamente de 2015 a 2035 y de 2050 a 2070 Los datos se procesaron

mediante el uso de software estadiacutestico como Excel y sistemas de informacioacuten

geograacutefica como ArcGis y Surfer

511 Aacuterea de estudio

La zona en estudio corresponde a la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute la cual se toma como cuenca modelo por la relevancia que sus caracteriacutesticas revisten para el abastecimiento de agua de consumo humano en una significativa cantidad de poblacioacuten de la provincia Heredia La misma es parte de un complejo sistema hiacutedrico que comprende en su parte superficial una densa red de riacuteos pertenecientes a la cuenca del riacuteo Virilla En cuanto al agua en el subsuelo se encuentra dentro de los liacutemites del acuiacutefero Barva (Reynolds amp Fraile 2003) (fig 1) Los manantiales en la microcuenca tienen la particularidad de mostrar una marcada disminucioacuten de su caudal tiempo despueacutes de la ausencia de lluvias por el comportamiento estacional de la regioacuten1 lo que muestra la susceptibilidad a las variaciones climaacuteticas de dichas fuentes datos que seraacuten objeto de anaacutelisis en etapas posteriores de este documento En el desarrollo del objetivo 1 se profundizaraacute sobre las caracteriacutesticas biofiacutesicas de la cuenca

1 Coacuterdoba 2013 Administrador de la Asada San Pedro de Barva Rendimiento de manantiales en microcuenca

del Porrosatiacute (entrevista abierta)

18

Fig 1 Ubicacioacuten de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

52 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

Con base en el trabajo de campo y la revisioacuten bibliograacutefica se establecieron las

condiciones actuales dentro de las que se encuentran los usos de la tierra y un

inventario del nuacutemero de captaciones de manantiales y pozos con su respectiva

georeferenciacion Ademaacutes en este inventario se especificoacute el tipo de uso que se

le da al agua La clasificacioacuten seguacuten uso seraacute

1 Consumo humano

2 Agriacutecola

19

3 Industria

Para un anaacutelisis integral del comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca se investigaron y elaboraron mapas de pendiente dimensiones longitudinales y aacuterea perfil del cauce principal modelos de elevacioacuten digital curva hipsomeacutetrica iacutendice de humedad topograacutefico geologiacutea hidrogeologiacutea usos de la tierra y aacutereas de conservacioacuten Se utilizaraacuten herramientas de informacioacuten geograacutefica (SIG) y datos existentes recopilados por diferentes fuentes incluyendo el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) la academia instituciones publicaciones en revistas y relacionadas

En esta fase se realizoacute una compilacioacuten de informacioacuten de distintas fuentes incluyendo entrevistas abiertas bibliografiacutea y trabajo de campo Se trabajoacute con los entes encargados del abastecimiento de agua de manera individual respetando la confidencialidad de los datos obtenidos

521 Informacioacuten de los entes encargados del suministro de agua en la

microcuenca

Inicialmente se planteoacute el trabajo con la totalidad de entes con fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca Entre estos se encuentran las Asadas de San Pedro de Barva Puente Salas de San Pedro de Barva y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Barva Santo Domingo y San Joaquiacuten de Flores y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia (ESPH) Sin embargo la ausencia de registros y falta de disposicioacuten a colaborar con la presente investigacioacuten hizo descartar la totalidad de los acueductos municipales en posteriores anaacutelisis Referente a las Asadas y ESPH se trabajoacute en conjunto para obtener informacioacuten de contexto referente a la disponibilidad y patrones de consumo de la poblacioacuten abastecida Se clasificoacute a los usuarios del agua entre usuarios domiciliares agropecuarios e industriales para un anaacutelisis generalizado A la vez las fuentes de abastecimiento dentro de la microcuenca fueron visitadas y georreferenciadas debidamente

522 Depuracioacuten de la base de datos de concesiones de agua en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Ante la evidente desorganizacioacuten de la base de datos oficial de concesiones de agua a nivel nacional fue necesario un trabajo para su depuracioacuten Primeramente se procedioacute a completar las coordenadas geograacuteficas de la totalidad de los datos para poder despegarlos en el sistema de informacioacuten geograacutefica y seleccionar los datos respectivos de la microcuenca en anaacutelisis Seleccionadas todas las concesiones se trabajoacute con aquellas dentro de la microcuenca encontrando el problema de la duplicidad de informacioacuten por ejemplo una misma concesioacuten puede estar hasta 7 veces lo que sesga los datos En la mayoriacutea de los casos esta situacioacuten se debe a que se ingresaba el punto nuevamente cada vez que se realizaba una renovacioacuten de la concesioacuten o una inspeccioacuten de campo Se revisaron las concesiones una por una conservando

20

uacutenicamente el valor maacutes actualizado Se aclara que debido a la gran cantidad de concesiones en donde una gran proporcioacuten es de origen privado se imposibilitoacute la verificacioacuten de campo de estas Existe una probabilidad significativa de que el dato total de concesiones no sea real al tratarse de una base de datos desactualizada y descuidada por parte del ente encargado de su manejo

523 Correccioacuten y rellenado de informacioacuten meteoroloacutegica

Estaciones procesadas

Se identificoacute un total de cuatro estaciones meteoroloacutegicas en las inmediaciones de la microcuenca Considerando las pocas estaciones se tomoacute el nuacutemero como representativo Tambieacuten se contoacute con dos estaciones maacutes para poder llevar a cabo el proceso de correccioacuten y rellenado de datos faltantes Las estaciones con influencia directa fueron Santa Baacuterbara Aeropuerto Juan Santa Mariacutea Santa Luciacutea y Monte de la Cruz Mientras que las estaciones Alajuela y Fraijanes fueron apoyo para la correccioacuten de datos Este proceso fue realizado mediante la utilizacioacuten de poliacutegonos de Thiessen para la interpolacioacuten de los datos de las estaciones consiste en delimitar aacutereas de influencia a partir de un conjunto de puntos El tamantildeo y la configuracioacuten de los poliacutegonos dependen de la distribucioacuten de los puntos originales (Busuioc et al 2011)

Se contoacute con 15 antildeos de informacioacuten meteoroloacutegica a escala diaria la cual fue ordenada para identificar cualquier error o ausencia en los datos Tomando en cuenta que las bases de datos meteoroloacutegicas obtenidas del Instituto Meteoroloacutegico Nacional presentaban datos faltantes que variacutean de un diacutea a meses completos se procedioacute a realizar la identificacioacuten de vaciacuteos en los datos para su rellenado y correccioacuten Finalmente por la miacutenima aacuterea con influencia de la estacioacuten Juan Santamariacutea se descartoacute utilizaacutendose finalmente las estaciones Monte de la Cruz Santa Luciacutea y Santa Barbaraacute para los balances hiacutedricos

Meacutetodo para la estimacioacuten y correccioacuten de datos meteoroloacutegicos

Razoacuten de valores normales

Este meacutetodo es muy utilizado principalmente para la estimacioacuten de datos faltantes en series anuales o mensuales (Alfaro amp Pacheco 2000) Emplea el promedio de al menos 3 estaciones con condiciones fisiograacuteficas y climaacuteticas que se consideren representativas de la estacioacuten por estimar Cada valor es corregido por un factor basado en la relacioacuten de comportamiento entre la estacioacuten por estimar y la estacioacuten de referencia

Ec 1

119883 = 1

3[(

119883119901

119860119901119860) + (

119883119901

119861119901119861) + (

119883119901

119862119901119862)]

21

X = Sumatoria mensual inexistente o con registro de diacuteas incompleto

Xp = Promedio de sumatorias anual en de la estacioacuten con dato ausente o

incompleto

Ap Bp Cp = Promedio de sumatorias anual en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

A B C = Valor del mes por estimar o corregir en estaciones seleccionadas con

criterios de homogeneidad establecidos

Los criterios de elegibilidad para la aplicacioacuten del meacutetodo de las razones normales

para la estimacioacuten de registros inexistentes o incompletos fueron los siguientes

Tabla 1 Criterios para la escogencia de estaciones para interpolaciones de datos meteoroloacutegicos

Criterio Justificacioacuten Meacutetodo utilizado

Distancia La menor cercaniacutea entre

estaciones representa la

condicioacuten deseable pues se

asume que las variables que

afectan el comportamiento

climaacutetico tendraacuten mayor similitud

y por ende un comportamiento

maacutes homogeacuteneo entre las

estaciones

Se desplegaron las estaciones

en un SIG para visualizar las

distancias entre cada una de

ellas

Altitud La altitud es una variable

determinante principalmente

asociada a la conformacioacuten

orograacutefica

Mediante el SIG se despliegan

los datos de altitud de las

estaciones Se realizoacute un

modelo de elevacioacuten digital en

donde se obtienen rangos de

distribucioacuten de la informacioacuten

climaacutetica sobre el aacuterea de

estudio

Comportamiento

promedio

Cuando no se cumplieron los

criterios anteriores se procedioacute a

tomar en cuenta variables

basadas en la observacioacuten y

anaacutelisis del comportamiento

entre estaciones

Ademaacutes del caacutelculo de

promedios de las sumatorias

se efectuaron anaacutelisis por

miacutenimos cuadrados para

conocer la relacioacuten de

comportamiento entre las

estaciones

Fuente Elaboracioacuten propia

53 Fase II Balance y comportamiento hiacutedrico en el periodo 2000-2014

Con base en los datos histoacutericos sobre climatologiacutea y uso de la tierra se llevoacute a

cabo un balance hiacutedrico del suelo Se abarcoacute un periodo de 5 antildeos para la validacioacuten

y establecimiento de tendencias en el comportamiento hidroloacutegico de la cuenca

22

Con esto se determinan los paraacutemetros de comparacioacuten sobre los escenarios por

realizar (fase III)

531 Balance hiacutedrico

Para el caacutelculo de la recarga potencial de acuiacuteferos se utilizoacute el modelo propuesto

por Schosinsky (2006) el cual fue declarado como oficial para la estimacioacuten de

caacutelculos hidrogeoloacutegicos seguacuten el Acuerdo MINAET 60- 2012 Este modelo es una

combinacioacuten entre los meacutetodos de precipitacioacuten que infiltra y balance de humedad

de suelos A continuacioacuten se desagregaraacuten brevemente los principales

componentes del modelo para una mejor compresioacuten

532 Fraccioacuten de lluvia interceptada por el follaje

Schosinsky amp Losilla (2000) estiman que durante cada aguacero el follaje intercepta

alrededor del 12 de la precipitacioacuten total es decir este porcentaje de lluvia no

llega al suelo A efectos del balance hiacutedrico del suelo en cuanto a la fraccioacuten de

precipitacioacuten que infiltra se considera para bosques una intercepcioacuten de un 20 y

para otros usos como pastos y cultivos un 12 Estos valores ademaacutes coinciden

con lo encontrado por Bruijnzeel (1990) en diferentes estudios de ecohidrologiacutea en

climas tropicales (ecuacioacuten 7) (tabla 3)

En los estudios realizados por estos autores (Schosinsky amp Losilla 2000) los

resultados indicaron que las precipitaciones menores a 5 mm no se consideran en

los caacutelculos de infiltracioacuten o escurrimiento por ser interceptadas en su totalidad por

el follaje de la vegetacioacuten representando valores insignificantes El balance a su vez

desestima la evaporacioacuten de la lluvia interceptada por el follaje durante el evento de

precipitacioacuten por considerarse que durante este la atmoacutesfera se encuentra con una

humedad relativa saturada

533 Coeficientes de infiltracioacuten

El valor de precipitacioacuten que infiltra estaacute dado por la diferencia entre la precipitacioacuten

total mensual y el porcentaje retenido multiplicado por el coeficiente de infiltracioacuten

El resultado seraacute la precipitacioacuten que infiltra en el mes determinado Schosinsky amp

Losilla (2000) mencionan que la ecuacioacuten para el anaacutelisis del coeficiente de

infiltracioacuten aparente (Ci) responde a la fraccioacuten de lluvia que se infiltra calculaacutendose

seguacuten la ecuacioacuten 8 (tabla 4) Este caacutelculo contempla dentro de sus variables los

coeficientes de infiltracioacuten por efecto de uso de la tierra (kv) por efecto de la

pendiente (kp) y por efecto del suelo (kfc)

Para los valores de Kp infiltracioacuten por efecto de la pendiente se realizoacute un modelo

de pendientes mediante el uso de sistemas de informacioacuten geograacutefica con una capa

base de curvas de elevacioacuten escala 110000 El modelo de pendiente se generoacute en

23

porcentajes y se reclasifico con base en los valores propuestos por Schosinsky

(2006) (tabla 2)

Tabla 2 Componentes del coeficiente de infiltracioacuten Kp y Kv

Por pendiente Rango () Kp

Muy plana 0 ndash 006 035

Plana 006 ndash 04 025

Algo plana 04 - 2 015

Promedio 2 - 7 010

Fuerte Mayor a 7 006

Por cobertura vegetal Kv

Zacate menos del 50 009

Cultivos 01

Pastizal 018

Bosques 02

Zacate maacutes del 75 021

Fuente Schosinsky 2006

El valor de kv estaacute dado por el efecto del uso de la tierra en la infiltracioacuten Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso de la tierra mediante la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Para obtener datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizaron imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015 La categoriacutea urbano se consideroacute con un valor de recarga de cero calificaacutendose como un proceso totalmente impermeabilizante En ninguacuten caso el coeficiente de infiltracioacuten (Ci) ha de ser mayor que 1 si asiacute fuese se le asigna a Ci el valor de 1

534 Infiltracioacuten por efecto del suelo

La fraccioacuten que infiltra por efecto del suelo depende de los valores de infiltracioacuten baacutesica (fc) Con el fin de establecer los valores de fc especiacuteficos para el aacuterea de estudio se realizaron pruebas de laboratorio para conocer las caracteriacutesticas del suelo Se llevaron a cabo las pruebas de conductividad hidraacuteulica densidad aparente capacidad de campo y punto de marchitez El valor de infiltracioacuten baacutesica del suelo fue obtenido mediante la determinacioacuten de la conductividad hidraacuteulica por el meacutetodo del permeaacutemetro de carga constante y el caacutelculo respectivo por medio de la ecuacioacuten de Darcy

24

119870 (119888119898

119898119894119899) =

119876

119886lowast119905119883

119871

119898119894119899 Ec 2

A = aacuterea de la muestra (cm2) L = longitud de la muestra (cm) H = carga hidraacuteulica (cm) T = intervalo de tiempo (min) Q = promedio de los voluacutemenes recogidos en dicho intervalo (cm3) K= conductividad hidraacuteulica (LT)

Una vez obtenido el valor de conductividad hidraacuteulica el cual seraacute igual al valor de fc se debe aplicar la ecuacioacuten 9 Con esta ecuacioacuten se estima el coeficiente de infiltracioacuten por efecto del suelo Esta ecuacioacuten fue derivada de los estudios de Schosinsky y Losilla (2000) los cuales relacionan las lecturas de bandas pluviograacuteficas con valores de infiltracioacuten baacutesica Para la aplicacioacuten de esta ecuacioacuten el rango de fc ha de encontrarse entre 16 a 1568 mmdiacutea (Schosinsky 2006) Para valores de fc menores a 16 mmdiacutea Kfc = 00148 middot fc 16 Para valores de fc mayores a 1568 mmdiacutea Kfc = 1 Una vez mencionados estos aspectos se procede al caacutelculo del coeficiente de infiltracioacuten (Kfc) mediante la ecuacioacuten 9 (tabla 3) La determinacioacuten de la densidad aparente se realizoacute por el meacutetodo del cilindro en el cual se toma una muestra de suelo con un cilindro en los primeros 30 cm de suelo Se transportoacute al laboratorio en donde se secoacute la muestra en estufa a 105 ordmC hasta peso constante Se calculoacute el volumen del cilindro mediante las medidas de largo y ancho El caacutelculo de la densidad aparente de la muestra se efectuacutea de la siguiente manera

119863119860 =119875119904

119881 Ec 3

DA = densidad aparente (gcm3) Ps = peso suelo seco (g) V = volumen del cilindro (cm3)

La capacidad de campo y punto de marchitez se determinaron mediante la aplicacioacuten de presiones a 033 y 15 atmoacutesferas respectivamente durante 72 horas en donde se calculoacute la diferencia del peso saturado y el peso seco tras la extraccioacuten de humedad en las ollas

535 Muestreo de suelo

Respecto al anaacutelisis de suelo se tomaron muestras a lo largo de la microcuenca para cada uno de los diferentes usos del suelo encontrados En cuanto a los anaacutelisis fiacutesicos se tomaron muestras en cilindros para obtener una muestra del perfil Algunos de las pruebas seraacuten realizadas en el Laboratorio de Suelos e Hidrogeologiacutea de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional

25

Se tomaron 6 puntos de muestreo debidamente georreferenciados y escogidos seguacuten su representatividad e idoneidad para la toma de la muestra La principal caracteriacutestica tomada en cuenta fue el tipo de uso de la tierra obteniendo un punto por cada uno de los usos en la microcuenca seguacuten lo establecido en el punto 52 Los paraacutemetros del suelo evaluados fueron conductividad hidraacuteulica capacidad de campo punto de marchitez y granulometriacutea como se describe en la tabla 3 Tabla 3 Paraacutemetros y meacutetodos empleados para la determinacioacuten de condiciones hidraacuteulicas del suelo

Paraacutemetro Meacutetodo Ecuacioacuten Referencia

bibliograacutefica

Conductividad

hidraacuteulica

Determinacioacuten en

laboratorio mediante la

construccioacuten de

permeaacutemetro de flujo

constante con cilindro

de muestra

119870119904 = (119876

119860119905) (

119871

119867) Ec 4 Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Capacidad de

campo

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

033 atm durante 72

horas

119862119862 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 5

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Punto de

marchitez

Determinacioacuten en

laboratorio Saturacioacuten

de cilindros para su

posterior extraccioacuten de

agua mediante

aplicacioacuten de presioacuten a

15 atm durante 72

horas

119875119872 =(119875119894 minus 119875119891)

119875119891119909100

Ec 6

Henriacutequez y

Cabalceta 1999

Ks conductividad hidraacuteulica saturada Q velocidad A aacuterea del cilindro t tiempo L longitud de la carga de agua H altura del cilindro de muestra CC capacidad de campo Pi peso inicial Pf peso final Fuente Elaboracioacuten propia

536 Precipitacioacuten que infiltra en el suelo

El volumen de agua que infiltra en el suelo es el resultado de la resta de la fraccioacuten

de agua retenido por el follaje de la vegetacioacuten multiplicado por el coeficiente de

infiltracioacuten anteriormente descrito En este caacutelculo resulta importante contar con

datos meteoroloacutegicos precisos para el aacuterea de estudio tomaacutendose la sumatoria de

26

precipitacioacuten mensual y se establece mediante la aplicacioacuten de la ecuacioacuten 10 (tabla

4)

Tabla 4 Ecuaciones para la determinacioacuten de la precipitacioacuten que infiltra

Ret = retencioacuten de lluvia en

el follaje [mmmes]

Ret = (P)(Cfo)

Ec 7

Si P es menor o igual

a 5 mmmes Ret = P

Si el producto

(P)(Cfo) es mayor o

igual de 5

mmmes

Si P es mayor de

5mmmes y el

producto

(P)(Cfo) menor de 5

Ret = 5

P = precipitacioacuten mensual del mes

[mmmes]

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje

Bosques muy densos Cfo = 020

Otros Cfo = 012 [adimensional]

Ci = coeficiente de

infiltracioacuten adimensional

Ci = Kv + Kp + Kfc

Ec 8

Kv = fraccioacuten que infiltra por efecto

del uso de la tierra (adimensional)

Kp = fraccioacuten que infiltra por efecto

del terreno (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra por efecto

del suelo (adimensional)

Kfc = fraccioacuten que infiltra

por efecto del suelo

(adimensional)

Si 16 le fc le 1568

mmdiacutea Kfc =

0267middotln fc ndash

0000154middotfc ndash 0723

Si fc lt 16 mmdiacutea Kfc

= 00148 middot fc 16

fc = infiltracioacuten baacutesica del suelo

(mmdiacutea)

27

Si fc gt de 1568

mmdiacutea Kfc = 1

Ec 9

Pi = precipitacioacuten que

infiltra mensualmente al

suelo (mmmes)

Pi = (Ci)middot(P ndash Ret)

Si P le 5 mm Ret = P

Si el producto PmiddotCfo ge

5 mm Ret = PmiddotCfo

Si P gt 5 mm y el

producto PmiddotCfo lt 5

Ret = 5

Ec 10

Ci = coeficiente de infiltracioacuten

(adimensional)

P = precipitacioacuten mensual

(mmmes) (dato de estacioacuten

meteoroloacutegica)

Ret = retencioacuten de lluvia mensual

por el follaje (mmmes)

Cfo = coeficiente de retencioacuten del

follaje (adimensional)

Fuente Elaboracioacuten propia

537 Balance del agua en el suelo

A partir del volumen de agua infiltrado en el suelo se deben calcular las dinaacutemicas

de humedad a las que es sometido este volumen El principal factor que modifica

los contenidos de humedad en el suelo es la evapotranspiracioacuten de las plantas la

cual es llevada a cabo por las raiacuteces La extraccioacuten de agua se calculoacute en una franja

de suelo cuya profundidad estaacute dada por la profundidad de las raiacuteces de la

vegetacioacuten Este dato fue anotado en campo mediante observacioacuten y referencias

bibliograacuteficas Se deduce que un suelo a profundidades mayores que la profundidad

de raiacuteces se encuentra a capacidad de campo (Schosinsky 2006)

538 Evapotranspiracioacuten

La evapotranspiracioacuten de una zona con cobertura vegetal se define como la

traspiracioacuten de la planta cuando el suelo estaacute a capacidad de campo maacutes la

evaporacioacuten del suelo El punto maacuteximo de evapotranspiracioacuten sucede cuando el

suelo se encuentra a capacidad de campo Cuando el contenido de agua en el suelo

es menor la evapotranspiracioacuten de las plantas se reduce la cual a su vez estaacute

determinada por la cantidad de humedad disponible en el suelo en un mes

especiacutefico

28

Ante la dificultad de tomar en cuenta los valores de evapotranspiracioacuten de los

distintos tipos de plantas que se pueden hallar en una cuenca se realizoacute el caacutelculo

de la evapotranspiracioacuten promedio para el aacuterea de estudio la cual se denomina

evapotranspiracioacuten potencial (ETP)

Determinacioacuten de la evapotranspiracioacuten mensual

El caacutelculo de la evapotranspiracioacuten potencial se llevoacute a cabo mediante el meacutetodo

Thornthwaite Los datos necesarios para efectuar la determinacioacuten son la

temperatura promedio mensual y la cantidad promedio de horas luz durante cada

mes Los faltantes de datos hizo necesario realizar estimaciones de temperatura

La principal variante que modifica la temperatura en estos casos es la variacioacuten

altitudinal Para esto se aplica un factor de correccioacuten en consideracioacuten a los metros

de altitud siendo los datos de la estacioacuten del Aeropuerto Juan Santamariacutea los de

referencia por su buena cobertura de datos Los caacutelculos necesarios para obtener

la evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite se describen a continuacioacuten

119864119879119875 = 16 (10119879

119897) 119909 119886

119886 = 67510 minus 7 1198683 minus 77110 minus 5 119868 2 + 17910 minus 2 119868 + 049239

119894 =119905

5 x 1514

119897 = Σ119894(12 119898119890119904119890119904) Ec 11

ETP evapotranspiracioacuten en mm

I iacutendice caloacuterico anual

i iacutendice caloacuterico mensual

T temperatura media mensual en ordmC

a exponente empiacuterico funcioacuten de I

Para el balance hiacutedrico de suelos se asume que la evapotranspiracioacuten potencial

real seraacute proporcional a la humedad disponible del suelo Respecto al caacutelculo de la

evapotranspiracioacuten potencial real (ETPR) de la planta se utiliza la ecuacioacuten 12 A

su vez es necesario calcular la evapotranspiracioacuten seguacuten el coeficiente de

evapotranspiracioacuten real al inicio del mes (ETR1) el cual se describe en la ecuacioacuten

16 (tabla 5) Los datos mensuales resultantes se muestran en el anexo 3

Para convertir la humedad del suelo el punto de marchitez y la capacidad de campo

a miliacutemetros se hizo la conversioacuten de porcentaje por peso de suelo seco a

porcentaje por volumen en donde se utiliza la densidad aparente del suelo por el

dato obtenido en el laboratorio en el caso de la capacidad de campo y el punto de

marchitez El resultado de esta opresioacuten se multiplica por el valor de profundidad de

29

raiacuteces con lo que se obtuvo la laacutemina de agua correspondiente a cada estado de

humedad (Ec 13 tabla 5)

539 Recarga al acuiacutefero

Cuando ocurren los eventos de precipitacioacuten el agua que se infiltra en el suelo se

acumula en los poros hasta llevarlo a capacidad de campo Pasado el evento de

lluvia se lleva a cabo el proceso de evapotranspiracioacuten en donde las raiacuteces toman

el agua disponible Si la cantidad de infiltracioacuten de agua es suficiente para llevar el

suelo a capacidad de campo y llenar la necesidad de evapotranspiracioacuten el

sobrante de agua que infiltra percola para recargar al acuiacutefero (Schosinsky 2006)

Para establecer estos balances de humedad en el suelo entre las condiciones de

los diferentes meses se debe efectuar la estimacioacuten de los procesos que se

describen a continuacioacuten

5310 Estimacioacuten de la humedad inicial en un mes seleccionado

Se debe partir de una humedad conocida para establecer el balance de humedad

anual El autor del modelo recomienda iniciar con el balance anual en un mes en el

cual el suelo esteacute a capacidad de campo siendo los meses en los que la

precipitacioacuten que infiltra es mayor a la evapotranspiracioacuten Para Costa Rica

tiacutepicamente esta condicioacuten se cumple en los meses al final de la eacutepoca lluviosa Una

vez escogido el mes inicial se calcularon las Hsi con las consideraciones expuestas

en la ecuacioacuten 18 (tabla 5) Una vez conocida la humedad inicial se procedioacute a

calcular la humedad final del suelo en el mes Este valor final de humedad Hsf

corresponderaacute a su vez con la humedad inicial del mes siguiente y asiacute

continuamente en el balance anual (Ec 20)

El valor de C1 corresponde al coeficiente de humedad del suelo al inicio del mes

maacutes la infiltracioacuten de la lluvia sin ocurrir la evapotranspiracioacuten El valor de C2 se

refiere al coeficiente de humedad miacutenimo ya que estaacute calculado considerando la

humedad del suelo anterior restaacutendole la evapotranspiracioacuten mensual estimada

con el coeficiente de humedad maacutexima C1 Por lo tanto el coeficiente C2 se

aproxima al coeficiente de humedad final del mes Ninguno de los coeficientes de

humedad C1 y C2 pueden ser superiores a 1 ni menores a cero si se da el caso

se tomaraacuten los valores de 1 y 0 seguacuten corresponda (Schosinsky 2006)

Al ocurrir la infiltracioacuten y la evapotranspiracioacuten durante el mes se estima que el

coeficiente de humedad corresponde al promedio de C1 y C2 esto quiere decir que

la evapotranspiracioacuten potencial real ocurrida en un mes especiacutefico estaacute dada por la

ecuaciones 14 y 15 (tabla 5)

30

La humedad disponible refiere al volumen de agua contenido en el suelo que puede

ser utilizado por las plantas y se calcula con la ecuacioacuten 19 (tabla 5) Si la humedad

disponible es menor que la evapotranspiracioacuten real la planta no podraacute

evapotranspirar dicha cantidad En este caso la evapotranspiracioacuten estaraacute limitada

al valor de humedad disponible

Tabla 5 Ecuaciones para el balance de humedad en el suelo ETPR =

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

ETPR = (HS ndash PM)middot(ET)

(CC ndash PM)

Ec12

HS = humedad del suelo ()

ET = evapotranspiracioacuten de la

planta a capacidad de campo

(mmdiacutea)

CC = capacidad de campo ()

PM = punto de marchitez ()

HSv = humedad del suelo

( por volumen)

HSv = HSp DA

DenAgua

Ec 13

HS = HSv PR

Hs = humedad del suelo como

laacutemina de agua (mm)

HSp = humedad del suelo (

por peso)

DA = densidad aparente

(gcm3)

DenAgua = densidad del agua

(gcm3)

PR = profundidad de raiacuteces

(mm)

C1 = coeficiente de

humedad al final del mes

antes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C1 = (HSi ndash PM + Pi)

(CC ndash PM)

Ec 14

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

31

PM = punto de marchitez (mm)

C2 = coeficiente de

humedad al final del mes

despueacutes de que ocurra la

evapotranspiracioacuten

C2 = (HSi ndash PM + Pi ndash

ETR1) (CC ndash PM)

Ec 15

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

CC = capacidad de campo (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR1=

evapotranspiracioacuten

potencial real (mmmes)

considera la humedad

correspondiente al

coeficiente de infiltracioacuten

ETR1 = C1middotETP

Ec 16

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

ETPR =

evapotranspiracioacuten real

tentativa promedio en

una zona ocurrida

durante el mes (mmmes)

ETPR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Ec 17

C1 = coeficiente de humedad al

final del mes antes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

C2 = coeficiente de humedad al

final del mes despueacutes de que

ocurra la evapotranspiracioacuten

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HSi = humedad del suelo

inicial (inicio de mes)

HSi = es igual a la

humedad de suelo final

del mes anterior (HSf de

ecuacioacuten 20)

HSi = humedad del suelo inicial

(inicio de mes) [mm]

HSf = humedad del suelo final

(final de mes) [mm]

32

Ec 18

HD = humedad

disponible (mm)

HD = His + Pi - PM

Ec 19

HSi = humedad del suelo al

inicio del mes (mm)

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

PM = punto de marchitez (mm)

Si ((C1 + C2) 2)middotETP le

HD ETR = ((C1 + C2)

2)middotETP

Si ((C1 + C2) 2)middotETP gt

HD ETR = HD

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

ETP = evapotranspiracioacuten

potencial (mmmes)

HD = humedad disponible (mm)

HSf = humedad del suelo

final al final del mes

(mm)

Si (HD + PM ndash ETR) lt

CC HSf = (HD + PM ndash

ETR)

Si (HD + PM ndash ETR) ge

CC HSf = CC

La HSf no puede ser

mayor a la CC

Ec 20

HD = humedad disponible (mm)

PM = punto de marchitez (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

CC = capacidad de campo (mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

Fuente Elaboracioacuten propia con base en Schosinsky (2006)

5311 Caacutelculo de recarga potencial al acuiacutefero

La recarga al acuiacutefero se realiza si la cantidad de agua que infiltra es suficiente para

llevar al suelo a capacidad de campo y ademaacutes satisfacer la evapotranspiracioacuten de

las plantas El agua sobrante una vez satisfecha la capacidad de campo y la

evapotranspiracioacuten es la que recarga el acuiacutefero y se calcula con la ecuacioacuten 21

(tabla 6) El volumen final de agua recargada se determina mediante la

multiplicacioacuten de la Rp con el aacuterea del poliacutegono respectivo (Ec 22)

33

Tabla 6 Ecuacioacuten para la determinacioacuten de la recarga potencial

Rp = recarga potencial

mensual (mmmes)

Rp = Pi + HSi ndash HSf ndash ETR

Ec 21

Pi = precipitacioacuten que infiltra

(mm)

HSi = humedad inicial del suelo

al inicio del mes (mmmes)

HSf = humedad del suelo final al

final del mes (mm)

ETR = evapotranspiracioacuten real

promedio de la zona (mmmes)

Volumen de recarga

V= Rp x A

Ec 22

V = volumen de recarga

[m3mes o m3antildeo]

Rp = recarga potencial al

acuiacutefero [mmes o mantildeo]

A = aacuterea donde se genera la

recarga potencial [m2]

5312 Zonas de balance hiacutedrico

Para la construccioacuten de las zonas de balance hiacutedrico se analizoacute la informacioacuten

contenida en los mapas de pendientes reclasificadas seguacuten los valores

determinados por el modelo el uso de la tierra de los antildeos 1998 2005 y 2015 y la

distribucioacuten de la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio Con estos mapas se procedioacute

a trazar un mapa de poliacutegonos en donde se establecieron 6 zonas de balance las

cuales se delimitaron por la similitud de las propiedades analizadas En el caso de

encontrarse aacutereas de similar extensioacuten dentro de un mismo poliacutegono se calcularon

puntos medios en cuanto a los valores de kv y kfc Las caracteriacutesticas de cada

poliacutegono que formariacutea cada zona de balance se describen en la tabla 7

34

Tabla 7 Caracteriacutesticas hidroloacutegicas en las zonas de balance para la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute

Zona de balance Caracteriacutesticas

Zona 1 Zona alta de la cuenca Uso bosque Pendiente mayor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 2 Zona alta de la cuenca Uso plantaciones de cipreacutes y pasto

Pendiente mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Monte de la Cruz

Zona 3 Zona media de la cuenca Uso pasto y bosque Pendiente menor a

7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 4 Zona media de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Luciacutea

Zona 5 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo Pendiente menor a 7

Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Zona 6 Zona media y baja de la cuenca Uso cultivo y bosque Pendiente

mayor a 7 Estacioacuten meteoroloacutegica Santa Baacuterbara

Fuente Elaboracioacuten propia

35

En la figura 2 se visualiza la distribucioacuten espacial de las zonas de recarga en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fig 2 Zonas de recarga establecidas para los balances hiacutedricos dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

5313 Dinaacutemicas de cambio de uso de la tierra periodo 2000-2014

Para obtener estos valores se realizoacute una clasificacioacuten del uso del suelo mediante

la fotointerpretacioacuten en sistemas de informacioacuten geograacutefica Con el fin de obtener

datos de alta precisioacuten y poder evidenciar en los resultados el efecto de los cambios

de uso principalmente la impermeabilizacioacuten por efecto de la urbanizacioacuten se utilizoacute

imaacutegenes aacutereas de los antildeos 1998 2005 y 2015

36

La metodologiacutea empleada se basoacute en la realizacioacuten de mapas de poliacutegonos

vectoriales en donde se utilizoacute una generalizacioacuten que permitiera diferenciar en

funcioacuten de valores de infiltracioacuten pero que fueran lo suficientemente generales para

no sobrecargar el trabajo en esta fase ya de por siacute laboriosa Por ejemplo se empleoacute

una clase llamada ldquocultivordquo la cual integra aacutereas con cobertura de cafeacute tomate

cebolla ornamentales entre otros siendo que en la literatura se pueden encontrar

valores especiacuteficos para cada cultivo y las diferencias entre estos son muy poco

sensibles en teacuterminos de los caacutelculos de recarga por realizar en esta tesis

Las categoriacuteas establecidas para el levantamiento del uso de la tierra fueron

1 Bosque

2 Plantacioacuten de cipreacutes

3 Pastos

4 Cultivos

5 Urbano

En el caso de las plantaciones de Cipreacutes se decidioacute distinguirlas del uso de

bosques por encontrarse en la literatura datos con diferencias importantes con

respecto a los bosques nativos (Buijnzeel 1990) El uso urbano se detalloacute con el

propoacutesito de apreciar los efectos que tiene la impermeabilizacioacuten del suelo sobre los

valores de recarga al agua subterraacutenea en la microcuenca Al mismo se le asignoacute

un valor de cero en teacuterminos de recarga por su efecto impermeabilizante La

determinacioacuten de las aacutereas de uso para cada poliacutegono se puede encontrar en el

Anexo 1

5314 Coeficiente de impermeabilizacioacuten

Tras la determinacioacuten de uso de la tierra y el caacutelculo de sus respectivas aacutereas en

cada zona de balance se calculoacute un coeficiente de impermeabilizacioacuten por cambio

de uso en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Dicho coeficiente se determinoacute a partir

del aacuterea de uso urbano en donde se establecieron tres antildeos base para el caacutelculo

los cuales fueron 1998 2005 y 2015 La escogencia de los antildeos base estuvo

limitada a la disponibilidad de imaacutegenes aacutereas las cuales se consideraron

aceptables pese a que siempre es preferible una distancia menor

Especiacuteficamente se calcularon dos coeficientes el de 2000 a 2005 y de 2005 a

2015 La expresioacuten de caacutelculo se da mediante la resta del aacuterea de uso urbano al

aacuterea de cada poliacutegono en los antildeos base respectivos Esta diferencia es dividida

entre los antildeos de cambio de 1998 a 2005 y de 2005 a 2015 respectivamente A

continuacioacuten se muestra la ecuacioacuten realizada

37

119862119894119898119901 (119883119886 minus 119883119887)119883119888

Ec 23

Cimp coeficiente de impermeabilizacioacuten (m2)

Xa aacuterea de recarga en el antildeo base inicial (m2)

Xb aacuterea de recarga en el antildeo base final (m2)

Xc nuacutemero de antildeos entre Xa y Xb (antildeos)

Se debe tener la precaucioacuten de no incluir el antildeo base inicial (Xa) dentro del nuacutemero

de antildeos de cambio (Xc) Asiacute el caacutelculo del aacuterea de recarga mediante el coeficiente

de impermeabilizacioacuten para el antildeo base final (Xb) debe coincidir con el valor

determinado mediante el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas Este caacutelculo se realizoacute

de manera anual para cada uno de los poliacutegonos de recarga previamente

mencionados y puede verse en el Anexo 2

54 Fase III Escenarios de recarga y demanda hiacutedrica en los tractos

temporales 2025-2030 y 2050-2055

Para determinar los escenarios de recarga hiacutedrica se utilizoacute el meacutetodo detallado en

la fase II variando uacutenicamente los paraacutemetros de uso de la tierra y empleando los

escenarios de temperatura y precipitacioacuten elaborados por Alvarado et al (2012)

Las principales propiedades del suelo como la textura capacidad de campo punto

de marchitez y conductividad hidraacuteulica son constituidas a traveacutes de complejos

procesos pedogeacutenicos durante prolongados periodos de tiempo por lo que se

tomaron como constantes para su utilizacioacuten dentro de las modelaciones (Pritchett

1986 Nuacutentildeez 1981)

Con los datos de climatologiacutea se incorporoacute la incidencia del cambio climaacutetico

tomando como base las proyecciones de temperatura y precipitacioacuten modeladas por

el IMN (Alvarado et al 2012) en el escenario de emisiones A2 El meacutetodo utilizado

en dicho estudio cuenta con una robustez metodoloacutegica Ademaacutes de mostrar un

nivel de detalle aceptable considerando que el escalamiento de fenoacutemenos globales

a escala local es un tema auacuten en desarrollo a nivel mundial por cuanto no se han

definido metodologiacuteas estandarizadas ante la complejidad que comprende cada

caso individual Teniendo esto en cuenta a continuacioacuten se describen con detalle

los meacutetodos seguidos en Alvarado et al (2012) para su corroboracioacuten

38

541 Datos climaacuteticos

La base de la dimensioacuten climatoloacutegica dentro del proyecto estaacute basada en las

predicciones climatoloacutegicas realizadas por Alvarado et al (2012) para el Instituto

Meteoroloacutegico Nacional de Costa Rica Se establecioacute de esta manera al considerar

que tanto los datos de entrada como los modelos utilizados poseen una buena

calidad y en consecuencia sus resultados fueron tomados como robustos

En dicho estudio se utilizaron 5 modelos de circulacioacuten general (MCG) que

generaron datos de temperatura y precipitacioacuten maacutexima miacutenima y promedio Los

MCG empleados fueron uno regional (PRECIS) y cuatro globales UKMO-HadCM3

UKMO-HadGEM1 CGCM31 (T47) y CSIRO-Mk30 Los autores promediaron los

resultados de los modelos para obtener un uacutenico resultado que contemplara las

variaciones que cada uno de estos modelos puede generar Los datos de entrada

de estos modelos fueron tomados de la base de datos climatoloacutegicos monitoreados

por el IMN Los datos proyectados contemplaron escenarios de temperatura y

precipitacioacuten hasta el antildeo 2100

Una vez obtenidos los datos de precipitacioacuten y temperatura los autores procedieron

a efectuar un proceso de reduccioacuten de escala (downscaling) Seguacuten Alvarado et al

(2012) para la generacioacuten de los datos climatoloacutegicos a futuro la resolucioacuten

horizontal fue de 30 segundos de arco en latitud y longitud (001deg equivalente a 1

km aproximadamente) la cual fue obtenida mediante el meacutetodo delta y una

climatologiacutea de muy baja resolucioacuten espacial propuesta por Hijmans et al (2005)

En el informe antes mencionado los resultados son presentados en escalas de tiempo que variacutean de la mensual a la climaacutetica Mensualmente estaacuten incluidos los 12 meses del antildeo trimestralmente se seleccionaron los siguientes meses febrero-abril mayo-julio agosto-octubre y noviembre-enero estacionalmente se definieron dos periacuteodos mayo-octubre y noviembre-abril climaacuteticamente (periacuteodos de 30 antildeos) el horizonte de tiempo 2011-2100 fue dividido en tres subperiacuteodos de 30 antildeos cada uno 2011-2040 denotado como 2020 2041-2070 representado por 2050 y 2071-2100 denotado por 2080 Las resoluciones espaciales variacutean desde 125deg (138 km) del modelo HadGEM1 hasta los 56deg (622 km) del SCIRO-Mk3 La regionalizacioacuten climaacutetica se presenta en la forma correspondiente a la del Instituto Meteoroloacutegico Nacional (IMN) que consta de 7 zonas Paciacutefico Norte Paciacutefico Central Paciacutefico Sur Valle Central Zona Norte Caribe Norte y Caribe Sur Y la propuesta del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) clasificadas en 34 cuencas hidrograacuteficas (Alvarado et al 2012)

39

542 Determinacioacuten de los escenarios de temperatura y precipitacioacuten

2020-2015 y 2050-2055

Teniendo en cuenta que los balances hiacutedricos histoacutericos se realizaron con base en los registros climaacuteticos de 3 estaciones meteoroloacutegicas los datos de los escenarios debieron ajustarse lo maacutes posible a la ubicacioacuten geograacutefica de las estaciones Al tener datos en cuadriacuteculas de 1 kiloacutemetro por 1 kiloacutemetro de la climatologiacutea base 1950 al 2000 se escogieron los valores de pixel en los cuales encajaran los puntos de ubicacioacuten de las estaciones La razoacuten de esta determinacioacuten y no trabajar con promedio de todos los pixeles del aacuterea de estudio fue la intencioacuten de homologar los datos de los registros con los de la climatologiacutea base seguacuten Hijmans et al (2005) y los eventuales caacutelculos de los escenarios de precipitacioacuten y temperatura promedio para la cuenca De esta manera una vez seleccionado el valor de pixel correspondiente a cada una de las tres estaciones (Monte de la Cruz Santa Luciacutea Santa Baacuterbara) se utilizaron los datos con la misma loacutegica de interpolacioacuten aplicada para los registros histoacutericos utilizando interpolacioacuten por poliacutegonos de Thiessen A estos valores promedio mensuales de la climatologiacutea base se les sumoacute el valor de anomaliacutea generado con el modelo PRECIS en donde uacutenicamente se pudieron utilizar los valores de un pixel pues la escala de los datos era muy alta (50x50 km) Una vez obtenidos los escenarios de temperatura se calcularon los escenarios de evapotranspiracioacuten por el meacutetodo Thornthwaite explicado en el punto 538 Junto a los valores de precipitacioacuten se introdujeron como datos de entrada en el modelo de recarga Schosinsky (2006) detallado en la seccioacuten 531 Con esto se obtuvieron los valores de recarga potencial de agua subterraacutenea Para generar el dato de volumen de agua recargado se multiplicoacute el valor de recarga potencial de cada poliacutegono por el aacuterea de recarga respectiva Para obtener los escenarios de uso de la tierra se calculoacute un coeficiente de cambio anual explicado a continuacioacuten

543 Escenario de uso de la tierra 2020-2025 y 2050-2055

Para la determinacioacuten de los escenarios de cambio de uso de la tierra se procedioacute de manera similar a lo explicado en el punto 5313 Se calculoacute un coeficiente de cambio de aacuterea de uso el cual es multiplicado por la cantidad de antildeos que se desea conocer El coeficiente puede ser negativo o positivo seguacuten el tipo de uso gane o pierda aacuterea en los antildeos de referencia analizados (1998-2015) Similar a lo encontrado en el anaacutelisis de las imaacutegenes aeacutereas el principal cambio de uso se da en la variacioacuten de terrenos de uso de pastos o agriacutecolas hacia usos urbanos Esto por cuanto las principales aacutereas con coberturas boscosas se ubican en categoriacuteas de proteccioacuten como el Parque Nacional aacutereas de proteccioacuten de nacientes y riacuteos ademaacutes de los programas de Pagos por Servicios Ambientales En tanto el cambio de uso 98-15 no registroacute un incremento de aacutereas de cultivo o pastos siendo la uacutenica tendencia positiva el aumento del aacuterea urbanizada

40

Si bien es cierto la aplicacioacuten del coeficiente de cambio de uso puede resultar una generalizacioacuten muy gruesa la cantidad de variables en juego como el aumento demograacutefico el contexto socioeconoacutemico la modificacioacuten de reglamentos de leyes y reglamentos en aacutereas de proteccioacuten incluido de manera particular la modificacioacuten del Anillo de Contencioacuten Urbana del Gran Aacuterea Metropolitana el cual restringe la planificacioacuten del uso de la tierra de las municipalidades concernientes en aacutereas de proteccioacuten entre otra serie de factores pueden afectar la modificacioacuten del uso de la tierra en el mediano plazo (2020-2025) y en mayor caso el horizonte de largo plazo (2050-2055) En tanto la herramienta de caacutelculo utilizada si bien guarda mucha incertidumbre por factores externos permite hacer una aproximacioacuten vaacutelida con respecto al estudio del cambio de uso histoacuterico reciente siendo ventajas la poca extensioacuten de la cuenca la delimitacioacuten clara de liacutemites de reserva y las fronteras de uso modificadas en las uacuteltimas dos deacutecadas

55 Fase IV Recomendaciones a la gestioacuten integral del recurso hiacutedrico en

la microcuenca apoyadas en el uso de tecnologiacuteas limpias

En esta etapa fueron fundamentales los resultados obtenidos en las fases anteriores

pues las recomendaciones estaraacuten en funcioacuten de la mitigacioacuten de los impactos

negativos o estrategias de adaptacioacuten Se establece cuaacutel es la principal

determinante en la presioacuten por el abastecimiento del recurso hiacutedrico ya sean las

condiciones climaacuteticas el crecimiento demograacutefico o los cambios de uso de la tierra

Con base en los resultados obtenidos se realiza la propuesta de gestioacuten del recurso

hiacutedrico con eacutenfasis en la priorizacioacuten de agua para consumo humano apoyada por

el uso de tecnologiacuteas limpias

Pese a que no se pretende elaborar un plan de manejo de recurso hiacutedrico el

potencial aumento de la demanda como tendencia global aunada a una eventual

reduccioacuten de los suministros ya sea en tiempo o espacio obligan a priorizar usos y

praacutecticas en eventuales planes de manejo (UNEP 2012) En tanto la propuesta

podraacute ser utilizada como un insumo de planificacioacuten dirigida a los entes encargados

del suministro de agua en la microcuenca en donde se integren tecnologiacuteas limpias

para la adaptacioacuten a los cambios y praacutecticas que permitan aumentar la resiliencia

de los sistemas de acueductos ante las principales limitantes a la disponibilidad del

agua para consumo humano

Se aplicaron criterios de priorizacioacuten de zonas de recarga para la obtencioacuten de agua

para consumo humano (Rodas 2008) y el uso de tecnologiacuteas limpias que permitan

asegurar el suministro mediante mecanismos de disminucioacuten del consumo o

adaptacioacuten a los cambios en el comportamiento hidroloacutegico (Garciacutea amp Campos

2005) Para la priorizacioacuten de aacutereas de la conservacioacuten de aacutereas de recarga se

efectuoacute una descripcioacuten de los factores analizados con base en los resultados

obtenidos respaldado por un mapa que muestra el nivel de prioridad establecido

para la microcuenca en una escala de 1 a 3 siendo 1 la maacutexima prioridad

41

6 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

61 Fase I Diagnoacutestico de las condiciones hidroloacutegicas en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute

611 Caracterizacioacuten biofiacutesica de la microcuenca

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute destaca con una gran cantidad de afloramientos

de agua subterraacutenea y un cauce superficial permanente en todas las eacutepocas del

antildeo Pese a su relativa poca extensioacuten permite el abastecimiento de una cantidad

importante de actividades humanas de la provincia de Heredia en donde se

encuentran gran cantidad de concesiones de manantiales pozos y captaciones

superficiales

Los entes encargados del suministro de agua potable son las Asadas de San Pedro

Puente Salas y San Joseacute de la Montantildea los acueductos municipales de Santa

Baacuterbara y Santo Domingo asiacute como la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia

(tabla 8) A la vez muacuteltiples usuarios de caraacutecter privado ostentan concesiones

subterraacuteneas y superficiales dentro de la microcuenca

Tabla 8 Ubicacioacuten de manantiales georeferenciados pertenecientes a los diferentes acueductos en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2013

Nuacutemero Manantial Latitud Longitud Acueducto

1 Minas 1 111389639 48797409

San Joseacute de la Montantildea

2 Minas 2 111389639 48797409

3 Minas 3 111389639 48797409

4 Braely 111364424 48814481

5 San Miguel 111366903 48833982

6 Peacuterez 1 111409946 48788930

7 Peacuterez 2 111406845 48790427

8 Peacuterez 3 111405646 48789226

9 Steinvorth 111349264 48720636

San Pedro

10 Segura 111345774 48735528

11 Naranjo 111345970 48719197

12 Centro 111345766 48718521

13 Bosque 111345813 48714292

14 Tina 1 111231888 48539927

Puente Salas 15 Tina 2 111232408 48540278

16 Tina 3 111230738 48540211

17 Acron 111247464 48592481 Municipalidad Santa Baacuterbara

18 Chayotera 111257510 48547496

19 Roble Alto 111312427 48622545

20 Flores 1 111698739 48949102 ESPH

21 Flores 2 111694694 48936626

42

22 Perez 111414612 48800000 Municipalidad Santo Domingo

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de campo

Los caudales asignados a los diferentes entes seguacuten concesiones van desde los 6

hasta los 30 Ls siendo lo maacutes comuacuten encontrar muacuteltiples concesiones de bajo

caudal para un mismo ente operador (DAM 2009) Como se evidencia en la figura

3 las fuentes de agua de los entes operadores normalmente estaacuten agrupadas en

sectores como resultado del hallazgo empiacuterico y la eventual solicitud de concesioacuten

por los miembros de los entes Muestra esto uacuteltimo de la poca planificacioacuten del

recurso a nivel gubernamental

Fig 3 Ubicacioacuten de las fuentes de agua de los entes operadores en la microcuenca

Para los entes operadores que cubren mayor cantidad de poblacioacuten las fuentes en

la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute representan una parte de sistemas maacutes amplios

como el caso de la ESPH y las municipalidades de Santa Baacuterbara y Santo Domingo

43

Las Asadas de San Joseacute de la Montantildea y Puente Salas obtienen la mayor

proporcioacuten de fuentes en la microcuenca sin embargo poseen fuentes en otras

microcuencas En el caso de la Asada de San Pedro la totalidad de la produccioacuten

de agua para abastecimiento se toma de manantiales de la microcuenca

612 Clasificacioacuten en tipo de usuario

Se encontroacute una similitud en la clasificacioacuten de los usuarios de la presente propuesta

con lo utilizado por la Autoridad Reguladora de los Servicios Puacuteblicos (ARESEP) en

el tipo de tarifas asignadas a las Asadas En nuacutemeros totales los entes encargados

del suministro de agua para consumo humano en la microcuenca ascienden a los 7

423 abonados siendo la mayor proporcioacuten de origen domiciliar (ver tabla 9)

Tabla 9 Distribucioacuten de abonados seguacuten el uso del agua de la poblacioacuten abastecida con fuentes dentro de la microcuenca

Clasificacioacuten seguacuten tipo de

usuario

Acueducto

San Pedro Puente Salas San Joseacute de la Montantildea

ESPH

Domiciliar 1953 1087 1234 2654 Comercial-Industrial

74 43 102 261

Agropecuario 6 4 5 0

Total 2033 1134 1341 2915

Fuente Elaboracioacuten propia

La Asada de San Pedro cuenta con un total de 2033 abonados lo que significa maacutes

de diez mil habitantes abastecidos la Asada de Puente Salas brinda servicios a un

total de 1098 abonados representando una poblacioacuten de maacutes de 4700 habitantes

mientras la Asada de San Joseacute de la Montantildea abastece a 1341 lo que significa

cerca de 5500 habitantes La ESPH suministra agua a un amplio sector de la

provincia de Heredia y cuenta con una amplia gama de manantiales y pozos dentro

de los cuales se encuentran especiacuteficamente dos manantiales ubicados dentro de

la microcuenca del Porrosatiacute como se nota en la tabla 10 de los cuales se estimoacute

la poblacioacuten abastecida con estas fuentes y se presenta en la tabla 9

Como se observa en la figura 4 el tipo de usuario predominante es el domiciliar

Una pequentildea porcioacuten que en ninguno de sistemas de acueducto analizados

sobrepasa el 10 estaacute registrado como comercialndashindustrial siendo la ESPH la

que cuenta con mayor proporcioacuten en esta clasificacioacuten De manera casi

insignificante se encuentra el uso agropecuario aunque en el aacuterea de estudio

existen aacutereas estimables dedicadas a labores agropecuarias estas abastecen sus

labores con concesiones propias de origen superficial pozos o nacientes

44

Fig 4 Proporcioacuten de usuarios seguacuten clasificacioacuten por tipo de uso del agua Fuente

Elaboracioacuten propia

Seguido de la ESPH la Asada con mayor nuacutemero de abonados es la de San Pedro

y la de Puente Salas es la de menor cantidad de pajas de agua otorgadas Las tres

Asadas cuentan un bajo nuacutemero de concesiones de uso agropecuario mientras que

la ESPH no cuenta con ninguna concesioacuten en esta condicioacuten Este uacuteltimo es el

acueducto que posee mayor nuacutemero de pajas otorgadas a usuarios clasificados

como uso comercial-industrial La Asada de San Pedro cuenta con un elevado

nuacutemero de usuarios domiciliares lo cual estaacute en concordancia con la densidad

poblacional de los distritos a los que abastecen los acueductos Los usuarios

agropecuarios representan uacutenicamente el 02 de los usuarios registrados en los

acueductos Este dato destaca pues como se analizaraacute en este documento el uso

de la tierra de la microcuenca tiene una fuerte presencia agriacutecola

613 Principales caracteriacutesticas biofiacutesicas en relacioacuten con el

comportamiento hidroloacutegico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El comportamiento hidroloacutegico de una microcuenca integra una gran cantidad de

factores que interactuacutean entre siacute y a la vez son dependientes de otros El resultado

de estas interacciones desencadena en un determinado comportamiento razoacuten por

la cual a continuacioacuten se describiraacuten algunos de los aspectos conocidos maacutes

relevantes en el anaacutelisis hidroloacutegico de cuencas con eacutenfasis en los factores que

intervienen en el balance hiacutedrico para la estimacioacuten de la recarga de agua

subterraacutenea

9333

647020

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Domiciliar Comercial-Industrial Agropecuario

45

Variacioacuten altitudinal La microcuenca tiene su punto de origen en las faldas del

volcaacuten Barva siendo los 2870 m sobre el nivel del mar el punto de mayor altitud

Como es habitual conforme se visualizan las partes medias y bajas la altitud

desciende hasta cerca de los 500 m sobre el nivel del mar De acuerdo con la figura

5 las partes altas presentan un relieve maacutes accidentado dando paso a terrenos

maacutes planos en donde se asientan importantes centros de poblacioacuten

Fig 5 Modelos de elevacioacuten digital de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente

Elaboracioacuten propia

Pendientes El mapa de pendientes muestra valores de altas a moderadas en la

parte asociada a su relieve de origen volcaacutenico En las partes media y baja se

presentan pendientes de moderadas a suaves

46

Fig 6 Escala de pendientes en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten

propia

La mayor aacuterea de la microcuenca cerca del 80 se encuentra en un rango de 8 a

30 de pendiente lo que da cuenta de un terreno escarpado principalmente en

las partes altas y medias junto a las zonas de cantildeoacuten del cauce principal Un 15

se encuentra dentro del rango de 3 a 8 lo que da cuenta de terrenos plano

ondulados haciacutea las partes media y bajas (ver tabla 10)

47

Tabla 10 Distribucioacuten de la pendiente seguacuten rangos

Categoriacutea

Rango Sumatoria aacuterea (m2) Porcentaje Pendiente Promedio

()

1 0-3 884276 32

144 2 3-8 4427302 158 3 8-15 10389045 371 4 15-30 10952196 392 5 30-60 1316498 47

Fuente Elaboracioacuten propia

Geologiacutea Resultante del anaacutelisis espacial mediante herramientas SIG se muestra

que la totalidad de la microcuenca deriva del mismo material geoloacutegico La influencia

del volcaacuten Barva en la conformacioacuten geoloacutegica presente en la microcuenca es

notable La edad del material rocoso data del Cuaternario caracterizados por facies

proximales de rocas volcaacutenicas recientes compuestas por coladas de lava

aglomerados lahar y ceniza volcaacutenica (USGS 1987)

Dentro de la cuenca se encuentran formaciones hidrogeoloacutegicas del miembro

Porrosatiacute-Carbonal los cuales estaacuten formados por arenas volcaacutenicas gruesas y

tobas arcillosas meteorizadas formando acuitardos de gran extensioacuten donde

subyacen los acuiacuteferos locales Barva Superior (Mapa Hidrogeoloacutegico del Valle

Central de Costa Rica) Estas pertenecen a la formacioacuten geoloacutegica Barva

constituida por coladas de lavas andesiticas y andesito basalticas los cuales en

general por fracturacioacuten de la roca favorecen los procesos de infiltracioacuten y

percolacioacuten de agua hacia los acuiacuteferos (Denyer amp Kussmaul 2000)

Geomorfologiacutea La mayor parte de la microcuenca en estudio presenta

geomorfologiacuteas asociadas al volcaacuten Barva con topografiacuteas de suave pendiente y se

le clasifica como un escudo andesiacuteticas o estratovolcaacuten En el sector montantildeoso el

cono volcaacutenico del Barva determina en gran medida una topografiacutea escarpada de

origen volcaacutenico que da origen a una importante densidad de riacuteos que drenan hacia

el Valle Central y la Cuenca del riacuteo Virrilla especiacuteficamente (fig 6) En cuanto las

partes medias y bajas de la microcuenca se caracterizan por un piemonte de relieve

ondulado a plano-ondulado conformado por depoacutesitos de lavas andesiacuteticas del

Cuaternario con capas de cenizas y piroclaacutestos de origen lahaacuterico (Mata amp Ramiacuterez

1999 Bergoeing 2007)

Suelos La totalidad de la microcuenca estaacute compuesta por suelos de tipo

andisoles En estos suelos el contenido de arcilla es maacutes elevado siendo las

texturas dominantes franco arcilloso franco arcillo arenosa y arcillosa Se

caracterizan por tener una densidad aparente baja lo que los hace presentar

buenas caracteriacutesticas cuando se encuentran con cobertura vegetal pero suceptible

48

a la compactacioacuten por actividades como la ganaderiacutea y agricultura intensiva

(Alvarado et al 2000) (fig 7)

La derivacioacuten volcaacutenica de estos suelos les confieren una buena estructura y

velocidad de infiltracioacuten lo que aunado a las caracteriacutesticas geoloacutegicas de

vegetacioacuten y de regiacutemenes climaacuteticos han permitido la conformacioacuten de los

principales acuiacuteferos del Valle Central los cuales abastecen a cerca la cuarta parte

de la poblacioacuten del paiacutes (Reynolds 2002 Alvarado et al 2000)

Fig 7 Conformacioacuten geomorfoloacutegica de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

614 Uso de la tierra

En relacioacuten con el comportamiento hidroloacutegico de la microcuenca el uso de la tierra

es fundamental tanto o maacutes que los suelos geomorfologiacutea geologiacutea y topografiacuteas

49

pues como se analizaraacute de manera detallada en capiacutetulos posteriores los cambios

de uso tienen el potencial de modificar radicalmente los sistemas subterraacuteneos Tal

es el caso del efecto impermeabilizante de las aacutereas urbanas sobre la recarga de

acuiacuteferos

En la tabla 11 se sintetizan los principales resultados de la clasificacioacuten del uso de

la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute para el antildeo 2015 Esta clasificacioacuten

responde al intereacutes de generalizar un poco los usos y evidenciar de forma maacutes

draacutestica los cambios ocurridos en el tiempo de anaacutelisis histoacuterico 2000ndash2014

Tabla 11 Proporcioacuten en usos del suelo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015

Uso de la tierra Aacuterea (Km2) Porcentaje ()

Bosque 67 240

Plantacioacuten 38 137

Pasto 36 127

Cultivo 101 361

Urbano 38 135

Total 28 100

Fuente Elaboracioacuten propia

Los datos obtenidos para el 2015 indican que la mayor aacuterea de uso estaacute dedicada

a cultivos Dentro de esta categoriacutea se encuentran diversos cultivos como tomate

cebolla ornamentales y algunas otras hortalizas con aacutereas de cultivo pequentildeas

siendo el aacuterea cultivada de cafeacute la que genera la distincioacuten La clasificacioacuten de

bosques es la segunda en importancia en donde se incluyen bosques primarios

secundarios y riparios En este sentido se decidioacute fragmentar las plantaciones

forestales (tercera en importancia) de los bosques pues al hallarse evidencias

suficientes de diferencias en el comportamiento hidroloacutegico por evaluar en el

balance hiacutedrico

El aacuterea urbana cubre un 104 con focos dispersos en las zonas media y baja La

cuenca estaacute situada en una dinaacutemica rural con tendencias a la urbanizacioacuten similar

a lo encontrado por Urentildea (2005) para la microcuenca del riacuteo Ciruelas la cual

comparte la divisoria de aguas del margen oeste del Porrosatiacute Los pastos

representan el 127 del aacuterea de la microcuenca en donde auacuten persisten terrenos

pequentildeos para la produccioacuten de leche y queso

En la figura 8 se muestra la distribucioacuten espacial de los usos de las tierras actuales

a lo largo de la microcuenca En la parte alta se ubica un parche grande de bosque

el cual pertenece a un sector sur del Parque Nacional Braulio Carrillo sector volcaacuten

Barva En la parte alta se combinan paisajes escarpados con bosques riparios y

secundarios ademaacutes de plantaciones forestales de cipreacutes (Cupressus lusitaacutenica)

principalmente bajo el Programa de Servicios Ambientales (PSA) En la zona media

se da la mayor presencia de cultivos y algunos focos urbanos como el caso de los

50

distritos de San Joseacute de la Montantildea y Birriacute Los pastos con aacuterboles dispersos son

maacutes frecuentes hacia la zona media y baja en donde hay algunos poblados

importantes como San Pedro y Puente Salas de Barva asiacute como Barrio Jesuacutes de

Santa Baacuterbara en la zona maacutes baja de la microcuenca

Fig 8 Uso de la tierra en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2015 Fuente Elaboracioacuten

propia

615 Concesiones de agua dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

La densidad de concesiones da cuenta de la relevancia y dependencia de las

fuentes originadas dentro de las microcuencas en estudio para el abastecimiento de

agua potable de una zona del Valle Central

Por la naturaleza de la microcuenca como se ha mencionado anteriormente en

donde confluyen una serie de factores que la hacen tener una produccioacuten de agua

51

de suma relevancia para un sector de la provincia de Heredia el nuacutemero de

concesiones es estimable como se nota en la tabla 12 La mayoriacutea de las

concesiones son de manantiales seguidos por pozos y fuentes superficiales En lo

que respecta a abastecimiento de consumo humano es poco comuacuten la utilizacioacuten

de fuentes superficiales siendo estas empleadas con unas pocas excepciones para

abastecimiento de proyectos agropecuarios

La considerable cantidad de concesiones de manantiales y de fuente superficial en

una microcuenca tan pequentildea podriacutea tambieacuten indicar posibles sobreexplotaciones

con respecto a los caudales ecoloacutegicos requeridos El caudal concesionado

asciende a los 3 500 litros por segundo siendo el caudal de concesioacuten un promedio

del comportamiento de las fuente El promedio de caudal concesionado muestra

que las fuentes superficiales son ampliamente superiores lo que aunado a la

posible existencia de explotaciones ilegales pueden estar influyendo

negativamente en el comportamiento del cauce principal y sus afluentes con los

agravantes que esto trae

Tabla 12 Concesiones de agua registradas en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Nuacutemero de concesiones

Caudal concesionado (ls)

Promedio por concesioacuten (ls)

Manantial 92 24204 263

Pozo 50 1591 32

Superficial 19 9592 505

Total 161 3539

Fuente Elaboracioacuten propia con datos de la Direccioacuten de Aguas MINAE

En las partes media y baja de las microcuencas se encuentra una concentracioacuten

importante de pozos aspecto que merece un anaacutelisis detenido en relacioacuten con el

impacto que la extraccioacuten podriacutea tener sobre el nivel freaacutetico de los acuiacuteferos

subyacentes

En el caso de las concesiones de pozos las restricciones de perforacioacuten en partes

altas de las microcuencas y la abundancia de manantiales hacen que se observen

pocas concesiones en esta zona Relacionado a la ubicacioacuten de los manantiales en

la parte alta y la poca presencia de los mismos en partes media y baja se observa

una densidad de perforaciones principalmente ubicada en la parte media en donde

se concentra la mayor zona poblada en ambas microcuencas (ver fig 9)

52

Fig 9 Concesiones de agua seguacuten origen dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Fuente Elaboracioacuten propia

Por uacuteltimo las concesiones de fuente superficial son utilizadas principalmente como

reserva de emergencia en caso de acueductos y fuente para labores agropecuarias

La mayor densidad se encuentra hacia las partes altas en donde se concentran

actividades agriacutecolas y pecuarias Tambieacuten hacia la parte baja existen canales de

riego los cuales han dejado de tener importancia al disminuirse en aacuterea destinada

a labores agropecuarias

53

616 Comportamiento de la precipitacioacuten en la microcuenca del Porrosatiacute

de 2000 a 2014

El anaacutelisis de las sumatorias de precipitacioacuten mensual para las estaciones con

influencia sobre la microcuenca del Porrosatiacute a saber Monte de la Cruz Santa

Baacuterbara Santa Luciacutea y Aeropuerto Juan Santamariacutea muestran comportamientos

temporales similares Esto tiene explicacioacuten pues al ser una cuenca pequentildea las

estaciones se encuentran de un mismo reacutegimen climaacutetico con variaciones en los

voluacutemenes totales aducible a la ubicacioacuten topograacutefica de las estaciones A

continuacioacuten se describiraacute el comportamiento general de las cuatro estaciones

Monte de la Cruz

Ubicada a 1700 msnm es la de mayor altitud Su posicioacuten topograacutefica le permite

estar influenciada en mayor medida por las lluvias orograacuteficas teniendo una

estacioacuten seca con frecuentes precipitaciones de mayor o menor volumen Lo

anterior hace que se el registro con mayor iacutendice de precipitacioacuten alcanzando los

1100 m3 en un mes Se encuentra en la parte alta de la microcuenca

Santa Baacuterbara

Se ubica a 1070 metros de altitud en una zona de transicioacuten de ecosistema de

montantildea a planicie urbana caracterizado por su topografiacutea ondulada Muestra un

comportamiento bastante maacutes regular que las otras estaciones siendo notoria la

disminucioacuten de la precipitacioacuten con respecto a las estaciones Monte de la Cruz y

Santa Luciacutea Es notable una estacioacuten seca definida con una disminucioacuten

pronunciada de la precipitacioacuten Se encuentra en la parte media de la microcuenca

Santa Luciacutea

Localizada en el distrito del mismo nombre perteneciente al cantoacuten de Barva es la

segunda en altitud (1200 m sobre el nivel del mar) Se encuentra en un relieve

ondulado contando con los mayores voluacutemenes acumulados de lluvia despueacutes de

la estacioacuten Monte de la Cruz Se ubica en la parte media de la microcuenca

Juan Santa Mariacutea

Se encuentra en las inmediaciones del aeropuerto Juan Santamariacutea a 913 m sobre

el nivel del mar En un entorno urbano presenta los valores de precipitacioacuten maacutes

bajos llegando a un maacuteximo en los quince antildeos de anaacutelisis de 550 m3 El

comportamiento coincide con la lejaniacutea de la zona montantildeosa de la microcuenca

ubicaacutendose en la parte baja de la cuenca

54

Fig 10 Comportamiento de la precipitacioacuten mensual en las estaciones con influencia en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del

IMN corregidos

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Monte de la Cruz

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Luciacutea

0

200

400

600

800

1000

1200

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Santa Barbara

0

200

400

600

800

1000

1200

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Ene

ro

Julio

Pre

cip

itac

ioacuten

(m

m)

Meses

Juan Santa Mariacutea

55

De las graacuteficas anteriores mostradas como conjunto en la figura 10 se sintetiza la

informacioacuten en la tabla 13 En esta se muestra claramente un volumen mayor en la

estacioacuten Monte de la Cruz obteniendo una precipitacioacuten promedio de 256 m3 y una

precipitacioacuten anual promedio de 2000 a 2014 de 46108 m3 Las estaciones que

cubren la parte media de la cuenca tienen un comportamiento similar en cuanto a

lluvia mensual y total en el periodo 2000ndash2014 Por otra parte la estacioacuten Juan

Santamariacutea ubicada en la parte baja de la cuenca tiene un comportamiento

notoriamente menor inferior con un promedio de 152 m3 y un volumen mensual de

27356 m3

Tabla 13 Caracteriacutesticas de los datos de precipitacioacuten de las estaciones con influencia del aacuterea de estudio (mm)

Estacioacuten Promedio

mensual

Desviacioacuten

estaacutendar

Total de

meses

Maacuteximo

mensual

Precipitacioacuten total

2000 - 2014

Monde de la

Cruz 2561 1944 180 10567 461078

Santa Luciacutea 2137 1936 180 9694 384718

Santa

Baacuterbara 2104 1755 180 7075 378798

Juan

Santamariacutea 1519 1352 180 5423 273557

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

Es visible la homogeneidad estacional con variaciones de volumen total de

precipitacioacuten Lo anterior es sentildeal de la uniformidad de las estaciones del clima en

la cuenta y la respuesta a las diferentes alteraciones climaacuteticas como el Fenoacutemeno

del Nintildeo-Oscilacioacuten del Sur (fig 11)

Fig 11 Comparacioacuten del comportamiento mensual de las estaciones en el periodo 2001-

2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Ener

o

Julio

Santa Luciacutea Monte Juan Santa Mariacutea Santa Barbar

56

617 Comportamiento hidromeacutetrico de manantiales

Como se ha mencionado anteriormente los acueductos presentes en la

microcuenca dependen en gran medida de la produccioacuten de agua de los

manantiales situados en las partes altas Los mismos son muy susceptibles al

comportamiento climatoloacutegico teniendo una respuesta relativamente raacutepida a los

incrementos o disminuciones de la precipitacioacuten Lo anterior se analizaraacute maacutes a

detalle en el siguiente capiacutetulo

Como parte del trabajo conjunto con la Asada de San Pedro de Barva en antildeos

anteriores se contoacute con una base de datos pormenorizada del caudal de seis de

sus principales manantiales captados los cuales han sido aforados cada quince

diacuteas con muy pocos datos faltantes desde el antildeo 2010 hasta diciembre del 2014

fecha final del anaacutelisis

Como se muestra en las figuras 12 13 14 15 y 16 los manantiales muestran

variaciones importantes y con alguacuten grado de ciclicidad en el tiempo con respecto a

la respuesta del comportamiento climaacutetico

En la figura 12 correspondiente al manantial Chagos se aprecia un comportamiento

bastante regular con un pico positivo en antildeo 2011 y pico negativo hacia 2014 Su

caudal oscila entre los 11 ls mostraacutendose descensos ciacuteclicos en los meses de

marzo a mayo y aumentos en los meses de setiembre a diciembre

Fig 12 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Chagos del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Calle Segura presenta un comportamiento maacutes irregular observaacutendose

picos pronunciados manteniendo un caudal miacutenimo cercano a los 5 ls Este

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Chagos

57

comportamiento es muestra evidente de la sensibilidad del manantial a la

estacionalidad climaacutetica con un caudal base con relativa constancia Llama la

atencioacuten la volatilidad de los picos los cuales indican un aumento y descenso

abrupto Este caudal base podriacutea ser tomado como el aporte del nivel freaacutetico del

acuiacutefero local subyacente La tendencia a la baja en el tiempo podriacutea a su vez

significar descensos del nivel freaacutetico (figura 13)

Fig 13 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Calle Segura del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Steinvorth recibe su nombre en reconocimiento a las facilidades que el

duentildeo del terreno (plantacioacuten forestal de cipreacutes de cerca de 200 ha) concede a la

Asada de San Pedro y otras con fuentes situadas dentro de esta finca Su respuesta

a la estacionalidad climaacutetica es marcada por fuertes picos y descensos que en el

antildeo 2014 llegoacute a cero por primera vez en el registro de 5 antildeos por un intervalo de

un mes aproximadamente (figura 14)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Calle Segura

58

Fig 14 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Steinvorth del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Naranjo se encuentra dentro de los que menos caudal total aporta

teniendo un flujo relativamente constante cercano a los 5 ls No son tan notorios los

picos de respuesta sobre la media base Su tendencia a lo largo de los antildeos de

medicioacuten (2010-2014) muestra un comportamiento muy estable en el tiempo en

donde no es visible desviaciones positivas ni negativas

Fig 15 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Naranjo del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

La fuente Centro muestra variaciones importantes con respecto a su caudal base

Lo anterior indica la sensibilidad de respuesta del manantial similar a lo que ocurre

con las naciente Calle Segura y Steinvorth con la diferencia de alcanzar valores por

debajo de los alcanzados por los manantiales mencionados llegaacutendose a

considerar una fuente de menor produccioacuten Como se observa en el graacutefico ha

sufrido una tendencia a la baja en el periodo de anaacutelisis (figura 16)

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Ener

o-1

2

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Steinvorth

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

Jun

-11

Ago

-11

Set-

11

No

v-1

1

Enero-hellip

Feb

-12

Ab

r-1

2

May

-12

Jul-

12

Oct

-12

No

v-1

2

Ene-

13

Feb

-13

Ab

r-1

3

May

-13

Jul-

13

Jul-

13

Set-

13

Oct

-13

Dic

-13

Feb

-14

Mar

-14

May

-14

Jun

-14

Ago

-14

Set-

14

No

v-1

4

Naranjo

59

Fig 16 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Centro del antildeo 2010 a 2014 Fuente

Elaboracioacuten propia con datos del IMN

El manantial Bosque posee un comportamiento similar al de Naranjo Su caudal

base se encuentra cercano los 4 ls Parece mostrar una respuesta discreta a la

estacionalidad climaacutetica con picos que apenas superan levemente los 5 ls Lo

anterior indica poco sensibilidad sin embargo hay una tendencia a la baja en el

periodo de anaacutelisis (fig 17)

Fig 17 Comportamiento hidromeacutetrico de la naciente Bosque del antildeo 2010 a 2014

Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

En la figura 18 se observan las diferencias y similitudes del comportamiento de los

manantiales dentro del lapso de observaciones en estudio Las naciente Naranjo y

Bosque son las de menor caudal y las de menor sensibilidad Las nacientes Calle

Segura Steinvorth y Centro muestran la mayor variabilidad y por ende una mayor

sensibilidad en la respuesta El manantial Chagos presenta un comportamiento

variado con un flujo base mayor a las demaacutes fuentes Pese a las diferencias en la

000

500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

Jun

-10

Set-

10

Dic

-10

Feb

-11

Mar

-11

May

-11

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-11

Ago

-11

Set-

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1En

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Ene-

13

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4M

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14

Cau

dal

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s)

Observaciones quincenales

Centro

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500

1000

1500

2000

2500

Mar

-10

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1

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-11

Ago

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Oct

-11

Dic

-11

Feb

-12

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2

Jun

-12

Oct

-12

Dic

-12

Feb

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3

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13

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3

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14

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-14

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-14

Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Bosque

60

sensibilidad de la respuesta todos los manantiales excepto Chagos tienen un

periodo de reacuteplica similar Esto podriacutea ser indicioacute de la similitud en las estructuras

acuiacuteferas que subyacen cada manantial o la existencia de un mismo sistema

subterraacuteneo local al cual perteneceriacutean las nacientes con comportamientos

equivalentes

Fig 18 Comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de las seis naciente en el periodo

2010-2014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos del IMN

000

500

1000

1500

2000

2500M

ar-1

0

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10

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2

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Oct

-12

Dic

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13

No

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Jul-

14

Set-

14

No

v-1

4

Cau

dal

(l

s)

Observaciones quincenales

Chagos Calle Segura Steinvorth Naranjo Centro Bosque

61

La comparacioacuten del comportamiento hidromeacutetrico de los manantiales muestra

resultados significativos Es notoria la sensibilidad de respuesta del caudal a las

variaciones climaacuteticas estacionales Dicha respuesta no es inmediata en la graacutefica

se nota un intervalo de respuesta de uno a dos meses (fig 19) Esta informacioacuten

puede ser muy uacutetil para realizar predicciones de los caudales de los manantiales

seguacuten los registros meteoroloacutegicos

Fig 19 Hidrograma de precipitacioacuten quincenal acumulada y variaciones de caudal en las nacientes de la Asada de San Pedro 2010-1014 Fuente Elaboracioacuten propia con datos

del IMN y Asada San Pedro

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

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15

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14

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14

No

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Pre

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ioacuten

(m

m)

Cau

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s)

Observaciones quincenales

Precipitacioacuten Chagos Calle Segura Steinvorth

Naranjo Centro Bosque

62

62 Fase II Balance y comportamiento hidroloacutegico en el periodo 2000-2014

en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

621 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2000-2015

Con base en los registros climaacuteticos 2000-2014 de precipitacioacuten y temperatura de

las estaciones con influencia en la cuenca y las caracteriacutesticas hidrogeoloacutegicas de

la cuenca se realizoacute el balance hiacutedrico del suelo para conocer la cantidad de agua

que tiene el potencial de recargar las fuentes de agua subterraacutenea en el aacuterea de

estudio En la figura 20 se muestra el comportamiento mensual de la recarga

potencial

Fig 20 Valores de recarga potencial mensual en el periodo 2000ndash2014 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Los valores de recarga potencial mensual indican la cantidad de agua que

potencialmente puede recargar el acuiacutefero en un metro cuadrado Este quiere decir

que hasta este punto solo se toman en cuenta las condiciones climaacuteticas e

hidroloacutegicas de la cuenca para obtener dicho valor La determinacioacuten del volumen

de agua recargado es el resultado de la multiplicacioacuten de este valor con el aacuterea

efectiva de recarga lo cual se mostraraacute en la siguiente seccioacuten

La recarga potencial mensual en el periodo analizado indica claramente el efecto de

las eacutepoca seca y eacutepoca lluviosa en los valores de recarga El periodo comprendido

000

100

200

300

400

500

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

a p

ote

nci

al m

3

Meses

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

63

entre los meses de diciembre y abril muestra valores de recarga potencial que no

exceden los 10 m3 en ninguno de los antildeos del periodo 2000ndash2014 Por otro lado

los meses de mayo a noviembre aumentan considerablemente su recarga potencial

conforme la eacutepoca lluviosa Los meses de setiembre a octubre presentan los valores

maacutes altos lo cual se relaciona con mayores voluacutemenes de precipitacioacuten durante el

antildeo

622 Dinaacutemica de las aacutereas de recarga en el periodo 2000-2014 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

El anaacutelisis de la dinaacutemica de cambio de uso de la tierra en el periodo en estudio

tuvo como principal variante el cambio de uso de terrenos con cultivos hacia aacutereas

urbanas El aacuterea urbanizada tiende a aumentar de manera maacutes acelerada en las

zonas de la 1 a la 5 en el periodo 2000ndash2005 mientras que en el poliacutegono 6 el

cambio en el intervalo de 2005 a 2014 fue bastante maacutes elevado en relacioacuten con los

demaacutes valores de cambio El incremento del aacuterea urbana repercute en la

impermeabilizacioacuten inmediata de la tierra vieacutendose reducida el aacuterea efectiva de

recarga como se muestra en la tabla 16

Tabla 14 Aacuterea efectiva de recarga para cada zona de balance hiacutedrico en la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute (km2)

Zonas de recarga

Antildeo 1 2 3 4 5 6

2000 363 660 304 258 669 287

2001 363 659 303 256 668 287

2002 363 658 302 255 667 286

2003 363 657 302 253 666 286

2004 363 656 301 251 665 285

2005 363 654 300 250 664 285

2006 363 654 300 249 660 283

2007 363 654 300 248 657 282

2008 363 654 300 246 653 280

2009 363 654 300 245 650 279

2010 363 654 299 244 646 277

2011 363 654 299 243 643 276

2012 363 654 299 242 639 274

2013 363 654 299 241 635 273

2014 363 654 299 240 632 271

Fuente Elaboracioacuten propia

El decrecimiento de las aacutereas de recarga se dio principalmente en las zonas medias

y bajas de la microcuenca (zonas 2 a 6) El cambio de uso maacutes comuacuten fue de pastos

y cultivos a uso urbano Por otro lado el uso agriacutecola cuya mayor extensioacuten la cubre

el cafeacute se ha estancado por lo que el avance de la frontera agriacutecola no ocurre en

64

el periacuteodo en anaacutelisis y no es analizado como una amenaza en la disminucioacuten de

los valores de recarga

623 Volumen anual de agua recargado al agua subterraacutenea en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute periodo 2000-2014

El volumen de recarga anual al agua subterraacutenea en la microcuenca da cuenta del

total de agua que pudo haberse recargado potencialmente al acuiacutefero El valor

promedio fue de 304 km3 con una desviacioacuten estaacutendar de 058 km3 La alta

variabilidad de los valores es el reflejo de la variabilidad de las condiciones

climaacuteticas en los distintos antildeos en anaacutelisis La localizacioacuten geograacutefica y las

condiciones geofiacutesicas de la microcuenca la ubican en un aacuterea de alta recarga

(Reynolds 2002 Ramiacuterez 2007 Castro 2011) subyaciendo en uno de los

reservorios de agua subterraacuteneos maacutes importantes de Centroameacuterica como el

sistema acuiacutefero Barva-Colima (fig 21)

Fig 21 Voluacutemen anual de agua recargado en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014 Fuente Elaboracioacuten propia

Sobresalen los antildeos 2007 2008 y 2010 como los de mayor recarga anual mientras

que los antildeos 2000 2001 y 2009 fueron los de menor recarga El antildeo de maacutexima

recarga fue el 2008 sobrepasando notablemente los valores de los demaacutes antildeos

mientras que el antildeo 2009 representoacute el antildeo de menor recarga

4678 46754948

6476

56195463

5101

7033

7836

4387

6768

5846

5025 5166

4399

2000

4000

6000

8000

10000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

65

624 Respuesta de los voluacutemenes de recarga ante fenoacutemenos

atmosfeacutericos

Como es de esperar los antildeos de recarga alta o baja estaacuten en estricta dependencia

de las condiciones climaacuteticas dadas en el antildeo especiacutefico Por otro lado no se nota

un efecto en los valores de recarga con respecto al aumento al aacuterea

impermeabilizada hacia los uacuteltimos antildeos en anaacutelisis como podriacutea ser esperable

considerando las aacutereas Por tanto en la sensibilidad de la determinacioacuten de los

voluacutemenes de recarga resultan de mayor peso las condiciones climaacuteticas que las

aacutereas efectivas de recarga El efecto del aumento de la impermeabilizacioacuten podriacutea

ser maacutes evidente en tanto se tuvieran condiciones climaacuteticas maacutes homogeacuteneas

Esto no indica que este proceso no tenga como resultado disminuciones

importantes en los voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea sino que el meacutetodo

de determinacioacuten no es el maacutes indicado para visualizar el efecto de esta variable

Con el objetivo de analizar con mayor profundidad la variacioacuten entre antildeos de

recarga se graficoacute el comportamiento del volumen de recarga con el Iacutendice

Oceaacutenico del Nintildeo (ONI por sus siglas en ingleacutes) en el periodo 2000-2015 Este

iacutendice es un indicador estaacutendar que la Administracioacuten Nacional Oceaacutenica y

Atmosfeacuterica (NOAA por sus siglas en ingleacutes) utiliza para identificar eventos caacutelidos

(El Nintildeo) y friacuteos (La Nintildea) en el oceacuteano Paciacutefico tropical Se calcula como la media

moacutevil de tres meses de las anomaliacuteas de la temperatura superficial del mar para la

regioacuten El Nintildeo 34 (franja comprendida entre 5 degN-5 degS y 120deg-170 degW)

Los valores negativos del ONI representan periodos caacutelidos los cuales producen

eventos El Nintildeo mientras que los valores positivos muestran condiciones friacuteas las

cuales ocasionan los eventos de La Nintildea Para que se deacute la oficializacioacuten de un antildeo

Nintildeo o Nintildea el ONI debe sobrepasar una magnitud de 05 o -05 seguacuten sea el caso

En el periodo 2000-2014 se registraron un total de cuatro eventos El Nintildeo y cuatro

eventos La Nintildea Se trata especiacuteficamente de los antildeos El Nintildeo 2004-2005 y 2006-

2007 clasificados como deacutebiles y los antildeos 2002 y 2003 y 2009-2010 clasificados

como moderados A su vez los periodos comprendidos entre 2000-2001 y 2011-

2012 fueron clasificados como eventos La Nintildea deacutebil mientras que los antildeos 2007-

2008 y 2010-2011 fueron eventos de La Nintildea moderados

Pese a que en el periodo en estudio no sucedioacute ninguacuten evento de El Nintildeo o La Nintildea

fuertes o muy fuertes los efectos de los eventos ocurridos sobre la recarga fueron

notorios Los picos de recarga y tambieacuten los valores maacutes bajos estaacuten relacionados

con antildeos La Nintildea y EL Nintildeo respectivamente Los eventos El Nintildeo se caracterizan

por traer condiciones secas en el Valle y Cordillera Volcaacutenica Central en donde se

ubica la microcuenca mientras que en condiciones La Nintildea se dan aumentos

significativos en los valores de precipitacioacuten

66

La graacutefica del comportamiento de la recarga y la magnitud de los eventos ENOS

mediante el iacutendice ONI muestra una relacioacuten clara en donde los picos negativos

producen picos positivos de recarga y el efecto contrario con los picos positivos

provoca picos negativos sobre la recarga (fig 22)

Fig 22 Relacioacuten de volumen de recarga en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y el Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo en el periacuteodo 2000-2015 Fuente Elaboracioacuten propia y datos NOAA (2016)

625 Volumen de recarga potencial por zonas dentro de la microcuenca

del riacuteo Porrosatiacute en el periodo 2000-2014

Las zonas de recarga tienen un comportamiento relativamente homogeacuteneo

atribuible a la poca extensioacuten de la cuenca en donde no se encuentra

heterogeneidad con respecto a influencias climaacuteticas o geofiacutesicas de importancia

La diferenciacioacuten de las zonas estaacute dada principalmente con condiciones de suelo

como usos agriacutecolas o pastos y cambios propios de la geomorfologiacutea de la zona

Las estaciones estudiadas presentan comportamientos similares siendo

diferenciados principalmente por la influencia orograacutefica y la altitud Asiacute la estacioacuten

ubicada en la zona de mayor altitud tiene los valores de precipitacioacuten maacutes altos y la

temperatura promedio maacutes baja

Los resultados de la recarga potencial respaldan lo esperable siendo las zonas

ubicadas en la parte alta de la cuenca las zonas de mayor recarga No obstante

variaciones leves en las condiciones climaacuteticas propiciaron resultados variables en

donde zonas medias obtuvieron valores mayores que los de zonas altas (fig 23)

-15

-1

-05

0

05

1

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2500

3500

4500

5500

6500

7500

8500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

ON

I

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Antildeos

Indice ONI Volumen Recarga Anual (hm3) Umbral ENOS

El Nintildeo

La Nintildea

67

Fig 23 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2000 Fuente Elaboracioacuten

propia

En cuanto a los resultados de recarga potencial por zonas del antildeo maacutes lluvioso y el

antildeo maacutes seco por un lado en el antildeo 2008 el cual marcoacute los registros de mayor

precipitacioacuten del periodo 2000-2014 en el aacuterea de anaacutelisis la zona de recarga 2

tiene la mayor cuantiacutea con una diferencia notable sobre las demaacutes zonas Esto

incluso con la zona 1 con la cual comparte condiciones climaacuteticas sin embargo la

principal diferencia la establece las propiedades de retencioacuten de humedad como la

capacidad de campo y punto de marchitez (fig 23)

68

Fig 24 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2008 Fuente Elaboracioacuten

propia

El antildeo siguiente (2009) fue el maacutes seco del lapso temporal analizado La distribucioacuten

de la recarga en este antildeo fue mucho menos dinaacutemica pues el contenido de

humedad genera mayores fluctuaciones en los resultados y permite visualizar de

manera maacutes evidente las propiedades del suelo en el balance hiacutedrico En este se

muestra que las zonas 1 y 2 obtienen los mayores valores mientras las zonas 3 4

5 y 6 presentan recargas muy bajas (fig 25)

69

Fig 25 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2009 Fuente Elaboracioacuten

propia

Una notable excepcioacuten al comportamiento mostrado en la mayoriacutea de antildeos con

respecto a los valores de recarga potencial anual por zonas en la microcuenca es

el antildeo 2012 En este periodo los valores de recarga maacutes elevados los conforman

los poliacutegonos 5 y 6 los cuales se encuentran en la parte baja de la microcuenca La

singularidad es el resultado del uacutenico antildeo en el cual la estacioacuten Santa Baacuterbara

ubicada en la parte baja reporta valores de precipitacioacuten maacutes altos que las

estaciones Santa Luciacutea y Monte de la Cruz localizadas en las partes media y alta

de la microcuenca respectivamente Ademaacutes los valores de temperatura si bien

fueron maacutes elevados que en las demaacutes estaciones como fue la norma se

70

mantuvieron bajas con respecto a su comportamiento usual generando menos

evapotranspiracioacuten La humedad disponible jugoacute un papel relevante limitando el

volumen de evapotranspiracioacuten Estos factores dieron como resultado que en las

zonas de recarga 5 y 6 se presentaran los mayores valores de recarga potencial

para el antildeo en mencioacuten como se muestra en la figura 26

Fig 26 Recarga potencial anual (m) por zonas para el antildeo 2012 Fuente Elaboracioacuten

propia

71

63 Fase III Escenarios de recarga hiacutedrica en los periodos 2025-2035 y

2050-2055

631 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2025-2030

Los escenarios de recarga hiacutedrica se elaboraron en periodos de 6 antildeos para el

mediano y largo plazo Con esto se obtuvieron perspectivas del comportamiento de

la recarga ante variables como el cambio de uso de la tierra y principalmente la

afectaciones de variaciones en los patrones climaacuteticos Los periodos de tiempo

escogidos fueron los meses comprendidos entre los antildeos 2025 a 2030 los cuales

representan el mediano plazo Los meses comprendidos entre los antildeos 2050 a 2055

fueron escogidos como indicadores de largo plazo

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento bastante homogeacuteneo Como es tiacutepico en

la microcuenca la marcada estacionalidad provoca valores bajos cercanos a cero

en los meses de la estacioacuten seca En mayo la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta

considerablemente hasta el mes de julio en el cual ocurre un descenso importante

similar al que se da en el periodo 2000-2014 producto del periodo canicular en el

cual sucede una interrupcioacuten del periodo lluvioso y un aumento de la temperatura

que tarda dos semanas por lo general y puede presentarse con menor o mayor

intensidad (fig 27)

Fig 27 Recarga potencial mensual en el periodo 2025-2030 en la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

carg

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ote

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3

Meses

2025 2026 2027 2028 2029 2030

72

La eacutepoca lluviosa estaacute bien definida siendo setiembre el mes de mayor precipitacioacuten

y por ende de mayor recarga Esto variacutea de lo encontrado para el periodo 2000-

2014 en el cual octubre es el mes con mayores valores de recarga En el mes de

noviembre inicia la transicioacuten hacia la eacutepoca seca en donde diciembre muestra un

descenso significativo en volumen de recarga potencial La humedad del suelo

residual de la eacutepoca lluviosa y precipitaciones aisladas permiten que la recarga del

diciembre normalmente sea un poco mayor a los demaacutes meses de la eacutepoca seca

632 Recarga potencial al agua subterraacutenea en el periodo 2050-2055

Los resultados de la recarga potencial en la microcuenca del Porrosatiacute en el periodo

2025-2030 muestran un comportamiento muy variable con respecto al escenario de

mediano plazo La estacionalidad provoca valores bajos en los meses de la estacioacuten

seca como es habitual sin embargo los meses de enero y febrero registran valores

de recarga potencial mayores al mes de marzo el cual en todos los antildeos del periodo

2050-2055 fue el mes con menor recarga (fig 28)

Fig 28 Recarga potencial mensual en el periodo 2050-2055 en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

La entrada de la eacutepoca lluviosa se muestra irregular En el antildeo 2052 el mes de abril

exhibe un aumento importante en el volumen de recarga potencial siendo este un

comportamiento atiacutepico tanto en el mediano plazo como en el registro 2000-2014

Los demaacutes meses incrementan su volumen a partir del mes de mayo con mucha

000

050

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

Re

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ote

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3

Meses

2050 2051 2052 2053 2054 2055

73

variabilidad existiendo diferencias mayores a 1 m3 condicioacuten que no ocurre en el

anaacutelisis de la recarga potencial en el periodo 2025-2030

La caniacutecula estaacute presente en el mes de julio De manera notoria despueacutes de la

caniacutecula no sobrepasan los valores presentados en junio por lo que parece no

existir un pico de la eacutepoca lluviosa en los meses de setiembre y octubre como es

usual en el registro 2000-2014 Tras el pico moderado en el mes de setiembre la

recarga se mantiene o baja ligeramente en el mes de octubre El comportamiento

de la recarga como valor de respuesta a las condiciones climaacuteticas muestra la

existencia de dos periodos lluviosos en el antildeo siendo de igual o mayor intensidad

el mostrado en mayo-junio

633 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Como resulta predecible la tendencia en cuanto al uso de la tierra indica aumentos

relevantes en el aacuterea urbanizada El mayor crecimiento del aacuterea impermeabilizada

se da en las zonas 5 y 6 ubicadas en la parte baja de la microcuenca El principal

cambio de uso ocurre en el aacuterea de uso de pasto y agriacutecolas hacia uso urbano El

cambio de uso en las zonas 1 y 2 es bajo (tabla 15)

Tabla 15 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el mediano plazo periodo 2025-2030 (km2)

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 674 674 673 673 672 672

Zona 3 322 322 321 321 321 320

Zona 4 255 254 252 251 250 249

Zona 5 678 673 668 663 659 654

Zona 6 292 291 290 289 288 287

Fuente Elaboracioacuten propia

634 Escenarios de volumen de recarga en el mediano plazo

El volumen de recarga en el mediano plazo muestra un tendencia a la

homogenizacioacuten de los valores de recarga anuales La poca fluctuacioacuten responde a

la inexistencia de antildeos sobresalientemente lluviosos o secos El efecto del aumento

del aacuterea impermeabilizada provocoacute grandes peacuterdidas de recarga siendo una

limitante para la disponibilidad de recurso subterraacuteneo en la microcuenca (fig 29)

74

Fig 29 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

635 Escenarios de uso de la tierra para el mediano y largo plazo en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En el periodo 2050-2055 el aacuterea de recarga disminuye draacutesticamente en todas las

zonas a excepcioacuten de las zonas 1 La existencia auacuten de importantes extensiones de

pastos y agricultura en las zonas bajas hace este escenario posible La ausencia de

regulaciones para las aacutereas medias y bajas de la cuenca tambieacuten es un factor que

incide en este resultado La incertidumbre de este caacutelculo puede llegar a ser alto

pues muchos factores podriacutean influir en que la situacioacuten se modifique Sin embargo

la tendencia histoacuterica y la inexistencia de mecanismos de regulacioacuten en la actualidad

o su poca efectivamente hacen que este escenario no parezca tan desatinado (tabla

16)

Tabla 16 Escenarios de aacuterea de recarga por zonas para el largo plazo periodo 2050-2055 (km2)

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Zona 1 362 362 362 362 362 362

Zona 2 663 662 662 661 661 660

Zona 3 311 311 310 310 309 309

Zona 4 224 223 221 220 219 218

Zona 5 559 555 550 545 540 536

Zona 6 267 266 265 264 263 262

Fuente Elaboracioacuten propia

47865048 4910 5006 4847 4804

2000

4000

6000

8000

10000

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

75

636 Escenarios de volumen de recarga en el largo plazo

El comportamiento del volumen de recarga en el largo plazo es influenciado

principalmente por el decrecimiento de las aacutereas de recarga y las variaciones

climaacuteticas proyectadas En cuanto al clima se da una reduccioacuten de los voluacutemenes

anuales de precipitacioacuten presentaacutendose fluctuaciones que van de 420 como

miacutenimo a 492 como maacuteximo Estas variaciones son pequentildeas lo que las hace

mostrar un comportamiento bastante homogeacuteneo durante los 6 antildeos analizados

pese a exhibir mayor variacioacuten que el periodo 2025-2030 Los voluacutemenes de recarga

caen de manera draacutestica principalmente por el notorio efecto del incremento del

aacuterea impermeabilizada (fig 30)

Fig 30 Escenario de volumen de recarga (hm3) para el periodo 2025-2030 en la

microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

637 Comparacioacuten entre la recarga potencial basada en registros y los

escenarios a mediano y largo plazo

En teacuterminos comparativos el anaacutelisis de los caacutelculos de la recarga potencial basada

en los registros de 2000 a 2014 y los calculados mediante la utilizacioacuten de

escenarios climaacuteticos en el mediano y largo plazo arrojan datos interesantes El

promedio de los 15 antildeos de registros fue comparado con los escenarios de recarga

en periacuteodos de cinco antildeos para facilitar la visualizacioacuten de los datos Esta

visualizacioacuten muestra un comportamiento similar en los tres periodos en

comparacioacuten con respecto a la estacionalidad Sin embargo es notorio que el pico

4256 4207

4916

44684889

4244

2000

4000

6000

8000

10000

2050 2051 2052 2053 2054 2055

Vo

lum

en

de

re

carg

a h

m3

Antildeos

76

iniciado en mayo con la entrada de la eacutepoca lluviosa aumenta su intensidad en el

mediano plazo y de forma maacutes notoria en el escenario a largo plazo llegando a ser

similar al pico de setiembre octubre (fig 31)

Fig 31 Comportamiento mensual de la recarga potencial en periodos de 5 antildeos Fuente Elaboracioacuten propia

La existencia de dos picos de lluvia de similar intensidad durante el antildeo

interrumpidos por la caniacutecula de julio indica la existencia de dos eacutepocas de mayor

recarga en el antildeo Esto sin duda modificaraacute la respuesta hidroloacutegica de los

manantiales dentro de la microcuenca y el nivel de la laacutemina de agua Estos

escenarios son valiosos para la planificacioacuten estrateacutegica del recurso a largo plazo

por parte de los entes encargados del abastecimiento

La inexistencia de picos de recarga potencial similares a los encontrados en el

periodo 2000-2014 podriacutea significar respuestas hidroloacutegicas que no satisfagan las

necesidades miacutenimas para el abastecimiento de la poblacioacuten dentro y fuera de la

cuenca Para hacer esta aseveracioacuten se deben realizar estudios maacutes detallados

La tendencia de la homogeneidad de los datos en el mediano y largo plazo puede

deberse a distintas razonas Por un lado las posibilidades de los modelos climaacuteticos

para predecir la ocurrencia y sobre todo la magnitud de eventos atmosfeacutericos como

los de El Nintildeo o La Nintildea se ven comprometidas al tratarse de anomaliacuteas oceaacutenicas

000

050

100

150

200

250

300

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Re

carg

a p

ote

nci

al e

n h

m3

Meses en 5 antildeos

Promedio 2000-2014 2025-2029 2050-2054

77

y atmosfeacutericas de difiacutecil modelacioacuten Otra de la razones de este comportamiento se

encuentra en la variacioacuten estacional modelada la cual podriacutea incidir en la intensidad

y frecuencia de los eventos extremos (Bindoff et al 2013)

El promedio y desviacioacuten del periodo 2000-2014 seccionado en lustros demuestra

valores de recarga potencial bajos en el mediano y largo plazo similares a los del

lustro 2000-2004 el cual fue el maacutes bajo en los registros A pesar de la similitud en

el valor promedio los escenarios para los periodos 2025-2029 y 2050-2054 poseen

una desviacioacuten estaacutendar significativamente menor en comparacioacuten con los tres

lustros de los registros y el promedio del periodo 2000-2014 (tabla 17)

Tabla 17 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3) 2000-2004 2005-2009 2009-2014 2000-2014 2005-2029 2050-2054

Promedio 09 11 11 10 09 09

Desv Std 09 09 10 09 07 08

Fuente Elaboracioacuten propia

638 Comparacioacuten del comportamiento del volumen de recarga en el

periodo 2000-2014 y los escenarios de voluacutemenes de recarga

Los voluacutemenes de recarga proyectados a futuro dan cuenta de importantes

decrecimientos que en algunos casos superaron el 15 como media y llegando

hasta diferencias del 50 con respecto al comportamiento promedio en los antildeos

2000 a 2014 En general las caniacuteculas en el mediano y largo plazo no parecen

aumentar su intensidad en cuanto a lo observado en 2000-2014 (fig 32)

78

Fig 32 Comportamiento mensual del volumen de recarga en periodos de 5 antildeos Fuente

Elaboracioacuten propia

En primera instancia se podriacutea prever un comportamiento con anomaliacuteas de poca

a media intensidad durante el antildeo La relativa homogeneidad de los escenarios

dificulta el pronoacutestico de la respuesta de la produccioacuten de agua de los manantiales

y la tabla de agua subterraacutenea El promedio baja de 254 hm3 en el promedio 2000-

2014 a 236 y 219 en el mediano y largo plazo respectivamente La desviacioacuten

estaacutendar de manera similar a la variacioacuten mostrada en la comparacioacuten de la recarga

potencial tiende disminuir con el promedio (tabla 18)

Tabla 18 Promedio del volumen de recarga entre los periacuteodos 2000-2014 y los escenarios de mediano y largo plazo

Periodos de recarga (hm3)

2000-2004

2005-1009 2010-2014

2000-2014

2025-2029

2050-2054

Promedio 233 266 262 254 236 219

Desv Std

214 237 255 213 183 177

Fuente Elaboracioacuten propia

La incertidumbre de los modelos matemaacuteticos siempre es un tema en discusioacuten No

obstante estos son herramientas de estimacioacuten que permiten analizar

comportamientos tendencia y aproximaciones valiosas para el anaacutelisis de cualquier

000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Ene

Mar

May Ju

l

Set

No

v

Vo

lum

en d

e re

carg

a h

m3

Meses

2000-2014 2025-2029 2050-2054

79

tipo de sistema (Loaacuteiciga 2003) En el caso en estudio el uso de diferentes

herramientas de estimacioacuten produce incertidumbre difiacutecil de calcular La forma maacutes

eficiente para controlar los niveles de desconfianza es utilizar informacioacuten primaria

con altos niveles de detalle Esto fue una premisa desde el inicio del trabajo y se

trabajoacute con importantes escalas de detalle tanto espacial como temporalmente

Investigaciones como las de Hernando (2012) y Sibaja (2013) enfocaron esfuerzos

en resolver objetivos similares a los expuestos en esta investigacioacuten y en especial

el trabajo de Sibaja (2013) compartioacute la misma microcuenca para los anaacutelisis

correspondientes Sin embargo el modelo de estimacioacuten resulta grueso al no tomar

en cuenta varios procesos ecohidroloacutegicos fundamentales como la intercepcioacuten de

la lluvia por el follaje de las plantas o el respectivo balance hiacutedrico Tampoco hacen

mencioacuten del peso del agua subterraacutenea en el abastecimiento de agua potable en la

zona factor relevante en el anaacutelisis de disponibilidad de agua para consumo

humano

Un comportamiento identificado en los resultados es la sensibilidad apreciada en

los periodos prolongados ya sea secos o lluviosos La relacioacuten de este

comportamiento con los eventos de El Nintildeo provoca anomaliacuteas de mayor ausencia

de lluvias y con el evento de La Nintildea produce valores de precipitacioacuten mayores al

promedio La incidencia de los fenoacutemenos ENOS sobre la recarga quedoacute

demostrada pese a que en el periodo 2000-2014 solo se dieron eventos de

intensidad moderada o deacutebil seguacuten los registros del Iacutendice Oceaacutenico del Nintildeo de la

NOAA (2016) Resultariacutea enriquecedor analizar la incidencia de eventos ENOS de

magnitud fuerte o muy fuerte ampliando el periodo de registros meteoroloacutegicos

En los escenarios de los periodos 2025-2030 y 2050-2055 la incidencia de

condiciones extremas no se visualiza con claridad posiblemente por la dificultad

que representa el modelado de fenoacutemenos climaacuteticos complejos como los ENOS

La comunidad cientiacutefica internacional ha analizado el tema de los extremos

climaacuteticos en los escenarios mayormente aceptados en donde principalmente el

aumento de la temperatura atmosfeacuterica y con esto el aumento de la temperatura

oceaacutenica deacute como resultado el sustento de eventos de mayor magnitud (Bindoff et

al 2013)

Los eventos extremos en el mediano y largo plazo representan todo un reto en

cuanto su interpretacioacuten en la respuesta de la recarga Por ejemplo los eventos de

precipitacioacuten de mucha intensidad durante periodos cortos de tiempo generan

mayores voluacutemenes de escorrentiacutea superficial al superar el tiempo de infiltracioacuten de

los suelos Esto conlleva a que en meses donde se pueden dar grandes voluacutemenes

de lluvia total esto no se traduzca en mayores voluacutemenes de recarga

80

Los sistemas acuiacuteferos del Valle Central sobresalen por ser uno de los dos sistemas

acuiacuteferos maacutes relevantes en Centroameacuterica Dentro de estos sobresalen los

acuiacuteferos Barva y Colima En el Gran Aacuterea Metropolitana (GAM) maacutes del 65 de

la poblacioacuten es abastecida con agua proveniente de fuentes subterraacuteneas

(Reynolds 2002 Reynolds-Vargas amp Fraile 2009) En este sentido lo encontrado en

los resultados coincide con Ramiacuterez (2007) y Castro (2011) en resaltar las partes

altas del macizo del Barva como las zonas en donde ocurren los mayores

voluacutemenes de recarga al agua subterraacutenea Cabe recalcar que la escogencia de la

microcuenca de tesis fue dada por representar en buena medida las condiciones

hidroloacutegicas generales de otras cuencas aledantildeas en el Norte de Heredia por lo

que se podriacutea inferir que el comportamiento analizado seguacuten los registros y los

escenarios generados es similar en toda la regioacuten en mencioacuten

Las principales limitantes metodoloacutegicas estaacuten asociadas a la incertidumbre

asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo hidroloacutegico Como se

mencionoacute en las secciones respectivas los datos regionalizados estaacuten proyectos

bajo un escenario de emisiones A2 en el cual continuaran el crecimiento

poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos avances en la disminucioacuten de

emisiones siendo el menos optimista Similar a lo ocurrido en la proyeccioacuten de datos

de mediano y largo plazo para los cambios de uso de la tierra la variable clima

puede verse afectada en gran medida de las decisiones globales que se encuentran

en este momento en discusioacuten por lo que el trabajo con el escenario A2 permite

prever las condiciones maacutes draacutesticas y realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este

umbral Los autores advierten que la generacioacuten de escenarios mostro sesgos que

subestiman valores tanto positivos como negativos en precipitacioacuten como

temperatura lo que aducen a la puede ser el resultado de la baja densidad de datos

(especialmente en zonas montantildeosas) y el meacutetodo de interpolacioacuten de la

climatologiacutea base en el caso de Hijmans et al (2005) y en el caso del modelo

PRECIS resulta de la subestimacioacuten de la temperatura de la superficie del mar del

oceacuteano Atlaacutentico tropical y de la resolucioacuten espacial (Alvarado et al 2012)

81

7 Fase IV Recomendaciones para la gestioacuten del recurso hiacutedrico en la

microcuenca priorizando el consumo humano apoyadas en el uso de

tecnologiacuteas limpias

Generar sistemas de abastecimiento de agua potable maacutes resilientes es un tema de

maacutexima relevancia tanto para los entes encargados como para la poblacioacuten

abastecida Los ejercicios de creacioacuten de escenarios resultan de mucha utilidad al

permitir explorar posibles escenarios de disponibilidad de agua en el mediano y

largo plazo La planificacioacuten eficiente y responsable del recurso es un tema que

mezcla una serie de condiciones histoacutericas actuales y futuras del ente suministrador

como de su poblacioacuten Asiacute la planificacioacuten se convierte en un elemento dinaacutemico

que requiere de la actualizacioacuten constante de datos en busca de caminos que

posibiliten la toma de decisiones en donde resulta fundamental la calidad de los

mismos

Siendo una cuenca con un potencial de produccioacuten de agua muy importante los

esfuerzos deben concentrarse en la preservacioacuten de estas caracteriacutesticas Los

entes encargados del suministro de agua potable dentro de la cuenca y los que se

abastecen de esta agua para uso de poblaciones fuera de la cuenca deben ser los

principales impulsores de programas de conservacioacuten de las aacutereas definidas como

prioritarias

La primera accioacuten para lograr la conservacioacuten efectiva de las zonas de donde se

nutren los principales reservorios de agua subterraacutenea de la microcuenca es el

conocimiento detallado de estas zonas y las propiedades que hacen posible la

recarga a los acuiacuteferos En este sentido el presente trabajo brinda luces de cuaacuteles

son estos factores y coacutemo estaacuten distribuidos espacialmente

71 Gobernanza climaacutetica eje social y poliacutetico en la gestioacuten del recurso

hiacutedrico y las tecnologiacuteas limpias

La participacioacuten de actores sociales es un tema de suma relevancia en las

estrategias de adaptacioacuten y resiliencia ante los distintos escenarios climaacuteticos y la

gestioacuten del recurso hiacutedrico En este sentido la transferencia la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico reviste un papel fundamental en el proceso de apropiacioacuten

del conocimiento para la toma de decisiones a nivel social y poliacutetico Esta

transferencia es un paso delicado que con frecuencia no se da de manera efectiva

provocando la no utilizacioacuten de informacioacuten que podriacutea ser de mucha relevancia en

los diferentes contextos de la participacioacuten ciudadana en las poliacuteticas puacuteblicas a

nivel local y nacional

Cabe destacar la importancia de la gestioacuten poliacutetica local en el tema en cuestioacuten

Como quedoacute demostrado en los resultados de la seccioacuten 6 ademaacutes de las

82

variaciones climaacuteticas el componente de cambio de uso de la tierra tiene un papel

de mucho peso en la disponibilidad futura de agua en la microcuenca Las

municipalidades respectivas son quienes otorgan los permisos de construccioacuten en

las zonas bajo su administracioacuten tienen una delicada responsabilidad que es

necesario que conozcan a profundidad El conocimiento en manos de los actores

poliacuteticos debe ser una herramienta que sustente las decisiones que incidiraacuten en la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en el mediano y largo plazo en la microcuenca

Por tanto se propone un proceso de transferencia del conocimiento basado en los

resultados del presente proyecto que guiacutee la transferencia del conocimiento desde

la produccioacuten de la informacioacuten cientiacutefica hasta la incidencia en la toma de

decisiones poliacuteticas a nivel local (fig 33)

Fig 33 Proceso para la transferencia del conocimiento cientiacutefico en clima y gestioacuten del Recurso Hiacutedrico para el aumento de la resiliencia de la disponibilidad de agua Fuente Elaboracioacuten propia

El proceso de toma de decisiones puede ser diferenciado en distintas etapas las

cuales son etapas similares a las definidas para los procesos de adaptacioacuten al

cambio climaacutetico seguacuten la guiacutea PROVIA-UNDEP (2013) Esta comprende 4 ciclos

generales como se muestra en la figura 33

Cientiacuteficos Generacioacuten de datos en climatologiacutea

y gestioacuten del RH

Entes administradores del RH Utilizacioacuten de datos para la toma de

medidas internas

Socializacioacuten de la informacioacuten con la

sociecidad civil concerniente

Municipalidad Incidencia poliacutetica para la toma de desiciones

sustentas en el adecuado manejo del

RH

83

Fig 34 Proceso iterativo para las acciones de adaptacioacuten Fuente Modificado de PROVIA-UNEP (2003)

Entre las principales limitantes para mantener activa la disposicioacuten de algunos

actores sociales en asuntos de cambio climaacutetico se encuentran la falta de voluntad

la desinformacioacuten y la nula o mala educacioacuten sobre el tema (Feldmann y Biderman

2001) Los mismos autores sentildealan que para que la sociedad con acceso a los

mecanismos de toma de decisiones debe contar con informacioacuten suficiente y veraz

para mantener una conciencia clara de lo que significa el fenoacutemeno de cambio

climaacutetico y sus implicaciones en el recurso hiacutedrico El anaacutelisis de la problemaacutetica

hiacutedrica en torno a la gobernabilidad revela que las medidas de adaptacioacuten exitosas

deben estar asociadas a la capacidad de disentildear poliacuteticas hiacutedricas socialmente

aceptadas lo cual depende del grado de participacioacuten y acuerdo social y su efectiva

implementacioacuten (Postigo et al 2013)

En cuanto a la gestioacuten del recurso hiacutedrico en escenarios climaacuteticos riesgosos

autores como Urentildea (2004) y Villalobos et al (2007) mencionan la importancia de

la contemplacioacuten de tecnologiacuteas limpias en los planes de adaptacioacuten Las

tecnologiacuteas limpias proporcionan una herramienta para el uso eficiente del recurso

hiacutedrico y la minimizacioacuten de la contaminacioacuten En este sentido los escenarios de

menor disponibilidad obligan a repensar la manera en que se utiliza el agua seguacuten

cada tipo de usuario sea domiciliar agropecuario o comercial-industrial seguacuten sea

el caso Como se desarrolloacute en la seccioacuten 61 el uso agropecuario pese a contar

con pocos registros de uso en los distintos entes operadores proporcionalmente

representa una cantidad importante de agua Sumado a esto los usuarios

agropecuarios cuentan con gran cantidad de concesiones de origen privado

haciendo relevante la puesta en discusioacuten de medidas para hacer un uso eficiente

en el sector productivo

Al mismo tiempo los usuarios comerciales-industriales dentro de la cuenca deben

ser sujetos de ajustes aunque el aporte al consumo sea el de menor cuantiacutea en

teacuterminos proporcionales Asiacute el desafiacuteo de usar el recurso de una manera maacutes

84

eficiente y con una menor generacioacuten de residuos puede resultar en una

oportunidad de mejorar los procesos y obtener una buena imagen en teacuterminos de

sostenibilidad Dentro de algunas acciones concretas basadas en tecnologiacuteas

limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial que pueden

ser implementadas en el caso especiacutefico de los usuarios de la microcuenca del riacuteo

Porrosatiacute se encuentran

Fig 35 Acciones basadas en tecnologiacuteas limpias en los sectores domiciliar agropecuario y comercial industrial para el uso eficiente del agua en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

71 Zonificacioacuten para la conservacioacuten de aacutereas de importancia hiacutedrica dentro

de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute en el mediano y largo plazo

Los valores promedio en el periodo 2000-2014 mostraron que las aacutereas de mayor

volumen de recarga se encuentran en las zonas 1 y 2 ubicadas en la parte alta de

la microcuenca Los aspectos que maacutes influyen en esta determinacioacuten se basaron

en los resultados obtenidos de los balances hiacutedricos histoacutericos (2000-2014) y los

escenarios de mediano y largo plazo Ademaacutes se tomaron en cuenta las

posibilidades de cambio de uso en los cuales las zonas con pastos y cultivos

muestran tendencia a convertirse en usos urbanos Tambieacuten en el uso de bosque

estaacute regulado el cambio de uso seguacuten la legislacioacuten vigente factor que brinda mayor

seguridad en teacuterminos de planificacioacuten a mediano y largo plazo como en el caso de

las zonas altas de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute y la propuesta de priorizacioacuten

(fig 33)

bullUso racional en labores domesticas

bullSanitarios eco-eficientes

bullUtilizacioacuten de cubetas para riego y lavado enlugar de mangueras

Domiciliar

bullSistemas de riego por goteo

bullCosecha de agua llovida

bullConstruccioacuten de tanques para elalmacenamiento y uso racional del agua

Agropecuario

bullGrifos y sanitarios inteligentes

bullEcoeficiencia en procesos

bullCampantildeas de concientizacioacuten para el usoracional

Comercial -Industrial

85

Fig 36 Propuesta de priorizacioacuten para la conservacioacuten de zonas de recarga en el

mediano y largo plazo en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute Fuente Elaboracioacuten propia

Esta seleccioacuten de las zonas altas como prioridad en teacuterminos de conservacioacuten

hiacutedrica permitiriacutea concentrar y hacer un uso efectivo de los recursos destinados a

este fin (tabla 19) Esto no indica que las demaacutes zonas de la cuenca no tengan

importancia en teacuterminos hidroloacutegicos sin embargo los procesos de

impermeabilizacioacuten por cambio de uso de la tierra agriacutecolas y de pastos a uso

urbano y las pocas herramientas legales y reglamentarias para detenerlos dificultan

en gran medida los esfuerzos en esta direccioacuten

86

Tabla 19 Descripcioacuten de los factores utilizados para la priorizacioacuten dentro de la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

Factor Descripcioacuten

Precipitacioacuten

Las zonas altas exhiben los mayores valores de lluvia en el

registro 2000-2014 y en los escenarios de mediano y largo

plazo lo que con las condiciones adecuadas permitiriacutea

aprovechar estos importantes voluacutemenes a efectos de

recarga

Temperatura

Las zonas altas muestran las temperaturas maacutes bajas tanto en

el registro 2000-2014 como los escenarios de mediano y largo

plazo lo que se traduce en menores voluacutemenes de

evapotranspiracioacuten

Suelo

Pese a que en las zonas medias se encontraron condiciones

fiacutesicas del suelo que benefician en mayor medida la infiltracioacuten

y percolacioacuten del agua los valores en las zonas altas fueron

cercanos y considerados como muy buenos

Uso de la tierra

La zonas altas se caracterizan por contar con usos de bosque

y plantaciones forestales predominantemente siendo usos

que benefician las condiciones del suelo para la infiltracioacuten del

agua y permiten conservar las dinaacutemicas hidroloacutegicas

naturales

Fuente Elaboracioacuten propia

La priorizacioacuten para la conservacioacuten del recurso hiacutedrico con fines de abastecimiento

humano debe ser liderada por los entes encargados del suministro en la

microcuenca Esto ademaacutes de la responsabilidad de procurar el abastecimiento en

cantidad y calidad suficiente para el futuro se fundamenta en las facilidades yacute

potencialidades operativas que podriacutean tener los entes La inclusioacuten de tarifas

hiacutedricas en donde se cobra un monto adicional destinado a programas de

conservacioacuten en los cuales se involucran actividades como Pagos por Servicios

Ambientales (PSA) reforestacioacuten de sitios degradados educacioacuten ambiental entre

otros han sido aplicados exitosamente por la Empresa de Servicios Puacuteblicos de

Heredia (ESPH) uno de los entes que se abastecen del agua producida en la

microcuenca del Porrosatiacute

La participacioacuten de grupos organizados de diferente iacutendole asiacute como la poblacioacuten

de la microcuenca en general debe ser un punto medular El primer paso es

concientizar a la poblacioacuten de la importancia de las zonas altas de la microcuenca

para el abastecimiento de agua potable y la dependencia para la recarga del agua

subterraacutenea El uso eficiente del recurso y las medidas tomadas a nivel individual

tiene un peso significativo en el balance de disponibilidad en el medio y largo plazo

87

A nivel regional las poliacuteticas de ordenamiento territorial y reglamentos de proteccioacuten

de aacuterea de importancia ecoloacutegica e hiacutedrica pueden tener impactos positivos en

zonas sensibles de la microcuenca como las altas y medias La vigilancia y

participacioacuten de la poblacioacuten de la microcuenca del Porrosatiacute y adyacentes en las

que probablemente se encuentren circunstancias similares pueden ser decisivas

en este sentido A su vez los entes encargados de la administracioacuten y

abastecimiento del recurso hiacutedrico se convertiraacuten en figuras poliacuteticas en tanto las

condiciones en el mediano y largo plazo se cumplan

72 Otras medidas basadas en tecnologiacuteas limpias para asegurar la

disponibilidad del recurso hiacutedrico en la microcuenca del riacuteo Porrosatiacute

En este apartado se describen brevemente algunas recomendaciones para

aumentar el grado de resiliencia de los sistemas de abastecimiento ante los

escenarios pronosticados en este mismo trabajo En esta direccioacuten se recomienda

realizar trabajos posteriores que profundicen sobre este tipo de medidas a nivel

operacional y su factibilidad teacutecnica econoacutemica y ambiental

Observaciones de las variaciones climaacuteticas e hidroloacutegicas para la

planificacioacuten en el corto mediano y largo plazo

El anaacutelisis a profundidad de variables climaacuteticas y su incidencia en la recarga del

agua subterraacutenea fue el principal componente del presente trabajo Pese a que auacuten

se puede ahondar maacutes se encontraron limitaciones en la disponibilidad de registros

climaacuteticos Los modelos matemaacuteticos tratan de acercar la complejidad de los

procesos naturales a operaciones matemaacuteticas relativamente simples en las que la

calidad de los datos de entrada resulta fundamental para producir resultados

confiables Por esto la ampliacioacuten de la cobertura del monitoreo climaacutetico es un

factor que favorece enormemente el anaacutelisis de comportamientos y la generacioacuten

de escenarios futuros para la planificacioacuten del recurso hiacutedrico

Otros datos como el monitoreo perioacutedico de la produccioacuten de agua de las nacientes

permite obtener datos de mucha utilidad en los cuales se pueden desarrollar

foacutermulas matemaacuteticas que puedan predecir la respuesta o sensibilidad de las

fuentes antes variaciones en las condiciones climaacuteticas Para lograr este objetivo y

obtener resultados confiables al igual que en el punto anterior es fundamental

contar con registros lo maacutes amplios posibles El factor climaacutetico es tan variable que

la escala temporal de los datos debe ser amplia para evitar resultados segados o

recomendaciones equivocadas

La ampliacioacuten del monitoreo climaacutetico e hidroloacutegico debe ser una responsabilidad

compartida entre los entes encargados del abastecimiento como de las

88

institucionales estatales encargadas El trabajo conjunto entre instituciones puede

ser una estrategia efectiva para alcanzar este objetivo

Aumento de la capacidad de tanques de almacenamiento y uso eficiente del

recurso

Extender la capacidad de almacenamiento les permitiraacute a los entes administradores

del agua en la microcuenca hacer una planificacioacuten maacutes controlada de los recursos

disponibles Ademaacutes de servir como reservorios en tiempos criacuteticos el aumento del

almacenamiento induce un racionamiento maacutes eficiente de la extraccioacuten del recurso

El volumen de los tanques puede ser construido con las medidas necesarias para

abastecer los escenarios de crecimiento o decrecimiento demograacutefico en el

mediano plazo Esta medida ya estaacute siendo implementada por la Asada de San

Pedro de Barva y la Empresa de Servicios Puacuteblicos de Heredia actualmente

Cabe recalcar que una proporcioacuten estimable del agua extraiacuteda de los acuiacuteferos de

las zonas montantildeosas de Heredia para abastecimiento de agua potable es perdida

por deficiencias en la captacioacuten fugas y conexiones ilegales Corregir estas

situaciones podriacutea ayudar en el control y uso eficiente del recurso para aumentar la

resiliencia de los sistemas hiacutedricos que dependen del macizo productor de agua del

Volcaacuten Barva

A la vez seriacutea altamente recomendable replicar el estudio con un mayor alcance

tanto en teacuterminos de territorio y muestreo como la incorporacioacuten de la variable de

comportamiento del consumo (demanda) de liacutequido tanto como tendencia histoacuterica

relacionada a la densidad demograacutefica como en relacioacuten a las dinaacutemicas climaacuteticas

para asiacute proyectar de manera ajustada las variables de disponibilidad y demanda

en el mediano y largo plazo

89

8 CONCLUSIONES

La microcuenca del riacuteo Porrosatiacute se caracteriza por abastecer a un gran volumen de

poblacioacuten del sector norte de Heredia de manera directa debido a sus abundantes

y caudalosas nacientes y pozos Por otra parte de forma indirecta la recarga que

sucede en el aacuterea de la microcuenca recarga a su vez importantes fuentes como los

sistemas acuiacuteferos Barva y Colima los cuales abastecen a cerca del 60 de la

poblacioacuten en el Gran Aacuterea Metropolitana

Los resultados generados revelan la alta sensibilidad de los sistemas hiacutedricos

subterraacuteneos a las variaciones en el clima Ademaacutes elementos como los cambios

en el uso de la tierra representan una amenaza ante la recarga y eventual

disponibilidad del recurso hiacutedrico de origen subterraacuteneo en la microcuenca En este

sentido el aumento del aacuterea impermeabilizada es una limitante trascendental por

considerar en los escenarios futuros

Las variaciones en el clima muestran escenarios en los que se desdibuja de manera

clara el calendario estacional tiacutepico de la cuenca Asiacute la discontinuidad temporal de

las precipitaciones podriacutea traer consigo efectos adversos sobre los niveles de la

laacutemina de agua Al no alcanzarse los niveles necesarios para que el agua

subterraacutenea emane naturalmente de los manantiales ubicados en las zonas altas

de la microcuenca se pone en riesgo el abastecimiento de maacutes de 25 000 personas

de forma directa (en el 2015) Esto tambieacuten compromete la extraccioacuten de agua

subterraacutenea mediante pozos en donde se podriacutea variar las profundidades

necesarias para garantizar el abastecimiento requerido

Estas variaciones climaacuteticas generadas para el mediano y largo plazo dificultan la

labor de planificacioacuten para el abastecimiento del recurso hiacutedrico por parte de las

instituciones encargadas Otro elemento fundamental y que no fue tomado en

cuenta en los balances hiacutedricos por su dificultad de anaacutelisis es la variacioacuten de la

intensidad de las lluvias Eventos de precipitacioacuten de mucha intensidad dificultan el

proceso de infiltracioacuten y percolacioacuten del agua en el suelo y subsuelo Asiacute estos

eventos aumentan la proporcioacuten de agua que escurre sobre la superficie y

disminuye el agua recargada a los acuiacuteferos

Pese a la dificultad de pronosticar y crear escenarios que incluyan la incorporacioacuten

de anomaliacuteas como los fenoacutemenos ENOS de los cuales fue comprobada la

sensibilidad de la recarga ante estas condiciones extremas secas o lluviosas existe

la probabilidad de darse eventos de mayor magnitud y frecuencia altamente

consensuada por la comunidad cientiacutefica internacional tal como se mencionoacute en la

seccioacuten de resultados y discusioacuten Estas condiciones podriacutean crear inestabilidad en

las fuentes de abastecimiento de los sistemas de acueducto presentes en la

microcuenca En los antildeos secos que en su mayoriacutea estuvieron relacionados con

90

condiciones de El Nintildeo la recarga mostroacute disminuciones significativos que han

obligado a los entes operadores a utilizar fuentes alternas como de origen

superficial racionamientos y fuentes externas como camiones cisternas para la

dotacioacuten del liacutequido

La zonificacioacuten de la cuenca permite visualizar las zonas bajas como zonas con

valores bajo de recarga al agua subterraacuteneo en comparacioacuten con las zonas altas

La principal razoacuten radica en los altos voluacutemenes de pluviosidad dados en las partes

montantildeosas y una mayor cobertura vegetal de bosque En las zonas bajas se

combinan regiacutemenes de lluvia maacutes bajos y un aumento considerable del aacuterea

impermeabilizada y poca cobertura boscosa

La presencia de zonas de alta pluviosidad hacia las partes altas de la microcuenca

aumenta la importancia y presioacuten de estas en el mediano y largo plazo Los

escenarios de usos del suelo muestran incrementos considerables del aacuterea

impermeabilizada en las partes medias y bajas lo que resulta en una draacutestica

reduccioacuten de la recarga al agua subterraacutenea Por tanto la parte alta de la

microcuenca seraacute la zona de la que dependeraacute mayormente la microcuenca del

Porrosatiacute La urgencia por proteger esta zona es respaldada con los datos

generados en donde hay un aumento del aacuterea impermeabilizada poco significante

Esto se encuentra relacionado con las poliacuteticas de proteccioacuten leyes y reglamentos

ejecutados a la fecha Un viraje en las condiciones poliacuteticas podriacutea desencadenar

en la apertura al desarrollo inmobiliario y turiacutestico a esta vital zona causando

impactos sobre la cantidad y calidad del agua subterraacutenea generada en las zonas

altas de la microcuenca

El componente subterraacuteneo es por siacute mismo un elemento limitante o de riesgo para

el abastecimiento de agua potable en el mediano y largo plazo Los datos de los

entes operadores con que se trabajoacute demuestran que estos se abastecen de un

100 de agua subterraacutenea Las fuentes superficiales son utilizadas uacutenicamente en

casos de emergencia como eacutepocas secas severas o la interrupcioacuten del

funcionamiento de subsistemas de abastecimiento por dantildeos imprevistos La mayor

utilizacioacuten de fuentes subterraacuteneas se justifica por las conocidas diferencias en sus

caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas y microbioloacutegicas En el paiacutes la mayoriacutea de fuentes

subterraacuteneas gozan de caracteriacutesticas deseables que hacen que los tratamientos

de potabilizacioacuten sean simples y de bajo costosos mientras que las fuentes

superficiales requieren de tratamientos maacutes complejos y costos Sumado a esto

existe una percepcioacuten negativa asociada a la calidad el agua de origen superficial

posiblemente fundamentada en apreciaciones organoleacutepticas

A su vez en el estudio se tuvieron limitantes metodoloacutegicas Principalmente la

incertidumbre asociada a los escenarios climaacuteticos que alimentar el modelo

hidroloacutegico Como se mencionoacute en las secciones respectivas los datos

91

regionalizados estaacuten proyectos bajo un escenario de emisiones A2 en el cual

continuaran el crecimiento poblacional a un ritmo similar al actual y habraacute pocos

avances en la disminucioacuten de emisiones siendo el menos optimista Similar a lo

ocurrido en la proyeccioacuten de datos de mediano y largo plazo para los cambios de

uso de la tierra la variable clima puede verse afectada en gran medida de las

decisiones globales que se encuentran en este momento en discusioacuten por lo que

el trabajo con el escenario A2 permite prever las condiciones maacutes draacutesticas y

realizar ejercicios de planificacioacuten bajo este umbral

Por otro lado las experiencias analizadas mediante la literatura evidencian la

importancia de la participacioacuten ciudadana en el marco de la formulacioacuten de poliacuteticas

de adaptacioacuten exitosas El primer paso entendido como la generacioacuten de

conocimiento cientiacutefico estaacute dado por lo que resta seguir el proceso propuesto en

la seccioacuten 71 en el cual se promueve una horizontalidad del acceso y manejo del

conocimiento respecto al cambio climaacutetico y la disponibilidad de recurso hiacutedrico El

empoderamiento y participacioacuten ciudadana aunada al correcto manejo poliacutetico por

parte de las municipalidades y el teacutecnico por parte de los entes administradores

puede generar las oportunidades de adaptacioacuten que potencien inclusive mejoras a

las condiciones actuales de abastecimiento

92

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