Herramientas de Decisión para Evaluar Vulnerabilidades y

Estrategias de Adaptación al Cambio Climático

Sector Recursos Hídricos

Sebastián VicuñaUniversity of California, Berkeley/SEI

CGE Hands-on Training Workshop on V&A Assessments for the Latin America and the Caribbean Region

Asunción, Paraguay, 14-18 August 2006

Presentación

Adaptación y Vulnerabilidad con respecto a los recursos hídricos.

Implicancias del cambio climático para los recursos hídricos

Herramientas/Modelos Presentación del Modelo WEAP Rol de Análisis Multi-Criterio (AMC)

Evaluación Efectiva de V&A

Definiendo una evaluación de V&A A menudo V&A en el sector hídrico se enfoca

mas en el análisis que en la evaluación Por qué? Porque el enfoque se hace en los

impactos biofísicos, Ej.: respuesta hidrológica, producción de cosecha, uso de tierra, etc.

Sin embargo la evaluación es un proceso integrado que requiere la interfaz de la ciencias físicas y sociales y las políticas públicas.

Preguntas generales Que es lo que la evaluación esta tratando de

influenciar? Como puede ser mas efectiva la interfaz

ciencia/política? Como podrían los participantes ser más eficientes

en el proceso? Problemas

Los participantes llegan con objetivos/experiencias distintas.

Estas diferencias a menudo llevan al disentimiento /diferencias de opinión - aquí es cuando MCA puede ayudar en la priorización

Evaluación Efectiva de V&A (continuación)

Evaluación Efectiva de V&A(continuación)

Para que tenga valor, el proceso de evaluación requiere de: Relevancia Credibilidad Legitimidad Participación Consistente

Un proceso Interdisciplinario El proceso de evaluación a menudo requiere de una

herramienta La herramienta es usualmente un modelo o serie de

modelos Estos modelos sirven como interfaz Esta interfaz es un puente para el diálogo entre científicos y

los políticos.

El Sector de Recursos HídricosLos distintos usos del Agua

Cantidad de AguaCalidad del Agua

Temporalidad de los flujosRegulación

Agua para la agricultura

Agua para los hogares

Agua para la industria

Agua para naturaleza

Agua para recreación

Recursos de Agua desde la Perspectiva de Servicios

No solo una evaluación de las relaciones entre lluvia y escorrentía (caudal en los ríos)

Sino que mas bien una evaluación de los impactos potenciales del calentamiento global en los bienes y servicios que proveen los sistemas de agua dulce

Recursos de Agua- Un Sector Crítico de V&A

Debe considerar tanto los sistemas manejados como los naturales

Actividades humanas afectan ambos sistemas

Ejemplo: Agricultura Ejemplo: Humedales

Sistema naturalPresión Externa

Sistema de Estado

Poco control del Proceso

SistemasManejadosPresión

Externa Producto,utilidad/bien o servicioProceso de Control

“Presiones Externas” Hidrológicas relacionadas al Cambio Climático

Cantidad de Precipitación Incremento del promedio global Diferencias regionales marcadas

Aumento de la Temperatura Cambio en la temporalidad de los flujos Retirada de glaciares

Frecuencia e intensidad de Precipitación Menor frecuencia, mayor intensidad (Trenberth et al.,

2003) Evaporación y transpiración

Incremento en la evaporación total Complejidades regionales debido a las interacciones

de planta/atmósfera

Presiones Específicas: Escorrentía Anual

Arnell., 2003

Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)

Presiones Específicas: Escorrentía Anual

Arnell., 2003

Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)

Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)

Presiones Específicas: Escorrentía Anual

Arnell., 2003

Presiones Específicas: temporalidad de los caudales

Stewart et al., 2004

Tendencia en la temporalidad de caudales en el Oeste de América del Norte

Analogía con el Oeste en América del Norte

http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/index.html

Analogía con el Oeste en América del Norte

http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/index.html

Presiones Específicas: temporalidad de los caudales

0

50

100

150

200

250

OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP

Flu

jo (

TA

F)

Flujo Historico Flujo con CC Demanda

Flujos desperdiciados

Flujos inexistentes

Primavera/Verano

Cambios en los caudales en ríos en el Oeste Americano bajo Cambio Climático

Presiones Específicas: Retirada de glaciares

Comunicación Nacional del Perú a la UNFCCCFrancou et al., 2000

Retroceso del glaciar BroggiGlaciar en 1979 y 1997

Fluctuación del frente de 4 glaciares en Perú

Evolución del glaciar Chacaltaya (Bolivia)

Presiones Específicas: Retirada de glaciares

Los flujos en épocas secas dependen de las aguas de deshielo

Probable disminución de volúmenes y llegada mas temprana de flujos

Implicaciones en la producción de hidroelectricidad, demandas agrícolas, calidad de agua en los ríos, y necesidades de los ecosistemas

Presiones Específicas: Condiciones Climáticas Extremas

El impacto de la variabilidad climática (El Niño/Niña Oscilación Sur) en la disponibilidad de agua y todos los sectores económicos en varios países de la región. (e.g. Perú, Ecuador, América Central) (IPCC 2001).

Algunos modelos climáticos indican mayor frecuencia en condiciones climáticas tipo El Niño con incremento de las concentraciones de gases de efecto invernadero. (Meehl y Washington 1996; Trenberth y Hoar, 1997).

Presiones Específicas: Condiciones Climáticas Extremas

Arnell., 2003

Cambios en los extremos para los 2050s, bajo HadCM3

Presiones Específicas: Condiciones Climáticas Extremas

Arnell., 1999

Cambios en los extremos para los 2050s, bajo HadCM3

Ejemplos de Adaptación en los Recursos Hídricos

Construcción/modificación de la Infraestructura física Revestimiento de Canales Canaletas/Conductos cerrados en vez de canales

abiertos Integrando reservorios separados dentro de un solo

sistema Incrementar la altura de la pared de la presa Incremento del tamaño del canal Remoción de los sedimentos de los reservorios para

un mayor almacenamiento Transferencia de agua entre cuencas

Ejemplos de Adaptación en los Recursos Hídricos (continuación)

Manejo adaptable de los sistemas existentes de suministro de agua Cambio en las reglas de operación Uso conjuntivo de las reservas de agua

superficiales y subsuperficiales Sistema de operación de reservorios

físicamente integrados Suministro/demanda coordinada

Ejemplos de Adaptación en los Recursos Hídricos (continuación)

Políticas, conservación, eficiencia y tecnología Doméstica

Re-utilización de agua residencial y municipal Reparación de pérdidas Recolección de agua de lluvia para uso no potable Aparatos de bajo consumo Sistema de suministro dual (potable y no potable)

Agrícola Temporalidad de irrigación y eficiencia Revestimiento de canales, cierre de conductos Drenaje re utilizado, utilización de desperdicios de

efluentes del agua. Cultivos de alto valor con bajo consumo de agua Sistema riego por goteo, micro-spray, baja energía,

aplicación precisa de sistemas de irrigación Cosechas con tolerancia a la sal que pueden utilizar

agua drenada

Ejemplos de Adaptación – Suministro de Agua (continuación)

Políticas, conservación, eficiencia y tecnología (continuación)

Industria Re utilización de agua y reciclado Cierre de ciclo y/o enfriamiento del aire Turbinas hidroeléctricas más eficientes Pozos de enfriamiento, torres humedecidas y torres secas

Energía hidroeléctrica Re operación del Reservorio/Embalse Cogeneración (uso beneficiario del calor de los flujos de

descarga) Reservorios adicionales y estaciones hidroeléctrica Baja velocidad de cabecera del río de la planta hidroeléctrica Transferencias a otras actividades impulsados por efectos de

precios del mercado. Utilizar el precio del agua para cambiar el uso del agua entre

sectores

Herramientas para el Estudio de V&A de Recursos Hídricos

Que herramientas están disponibles para entender las vulnerabilidades de los recursos hídricos y para evaluar posibles estrategias de adaptación?

Como pueden los actores locales comprometerse en estos procesos?

Tipos de Modelos de Recursos Hídricos

Hidráulico: modelos de procesos biofísicos que describen el flujo en ríos, inundaciones entre otros

Hidrología: procesos que relacionan precipitación y escorrentía

Planificación: modelos de los sistemas de recursos hídricos

Que modelo?...Que preguntas esta tratando de responder?

Modelo Hidráulico Preguntas criticas

Cuan rápido, cuan profundo fluye el río (efectos de inundaciones)

Como los cambios en el caudal y la morfología de los canales impactan el transporte de sedimentos y los servicios que provee (habitas para peces, recreación, etc.).

Modelo Hidrológico

Preguntas criticas Como es la relación entre precipitación y caudal en

el río? Cuales son los caminos que sigue el agua a través

de la cuenca? Como afectan estos movimientos la magnitud,

temporalidad, duración y frecuencia de caudales en el río, así como la calidad de las aguas?

Modelo de Planificación Preguntas criticas

Como deber ser distribuida el agua entre varios usos en momentos de déficit?

Como deben restringirse las operaciones de los sistemas para proteger los servicios que provee el río?

Como debe operarse la infraestructura en el sistema (ej, reservorios/embalses, obras de extracción de agua) para lograr el máximo beneficio (económico, social, ecológico)?

Como cambian la distribución, operación y restricciones de operación si nuevas estrategias de manejo son introducidas al sistema?

Operacionales e hidráulicosHEC

HEC-HMS – lluvia-escorrentía en base a evento (provee de información a HEC-RAS para hacer mapeos 1-d de inundación)

HEC-RAS – una dimensión flujo intransiente o transiente

HEC-ResSim – modelación de operación de embalses

WaterWare RiverWare MIKE11Delft3d

Herramientas para usar en la Evaluación: Modelos de Agua Referenciales

Modelos Hidráulicos

HEC-HMS escala de cuenca, simulación hidrológica en base a evento, de los procesos lluvia-escorrentía

Procesos lluvia-precipitación de corta duración para pequeñas cuencas

Gratis, se puede bajar de la web

Herramientas para usar en la Evaluación: Modelos de Agua Referenciales (continuación)

Planificación/hidrología WEAP21 Aquarius SWAT IRAS (Interactive

River and Aquifer Simulation)

RIBASIM MIKE 21 and BASIN

Enfoque Actual – Implicancias del Cambio Climático en la Planificación e Hidrología

Modelos de planificación/hidrología seleccionados: deben poder usarse en un PC, con amplia documentación, facilidad de uso, gratis (o gratis para los países en desarrollo) … Aquarius SWAT (Soil Water Assessment Tool) WEAP21 (Water Evaluation and Planning)

Modelos de Manejo de Aguas e Hidrológicos/Físicos

Ventaja de AQUARIUS: Posee criterios de eficiencia económica para redistribuir los flujos en el río hasta que los retornos marginales para todos los usos del agua sean iguales

No puede recibir información climática directamente – los caudales deben ser prescritos por el usuario

Enfoque económico

Modelos de Manejo de Aguas e Hidrológicos/Físicos (continuación)

Ventaja de SWAT: Puede predecir los efectos que tienen las distintas decisiones de manejo en la calidad del agua, sedimentos, nutrientes y cargas de pesticidas en cuencas sin monitoreo. Considera complejos constituyentes de la calidad del agua.

Precipitación-escorrentía, ruteo en el río a escala temporal diaria

Se enfoca principalmente en el lado de suministro del balance de aguas

Modelos de Manejo de Aguas e Hidrológicos/Físicos (continuación)

Ventaja de WEAP21: Integra sin quiebres los procesos hidrológicos en la cuenca con el sistema de manejo de recursos hídricos

Puede recibir directamente información climática

Basado en una visión holística e integrada del manejo de los recursos de agua (integrated water resources management -IWRM) – oferta y demanda de agua

Vision General de WEAP

Hidrología y planificaciónEjemplos y ejercicios en la planificación para la distribución de agua

EscenariosAgregando hidrología al modelo

Interfaz con el UsuarioEscalaDatos requeridos y recursosCalibración y validaciónResultadosLicencia y registro

You can create multiple scenarios and use this box to switch between them.

Use the View bar to switch between your analysis and its results.

Data are organized in a tree structure that you edit by right-clicking here.

Your data are shown here as either a graph or a table.

Enter or edit your data by typing it here.

WEAP y la Planificación

Provee una estructura común y transparente para organizar la información de recursos hídricos a cualquier nivel deseado – cuenca local, regional o río internacional

Fácilmente se pueden desarrollar escenarios para explorar posibles futuros del agua

Las implicancias de distintas políticas pueden ser evaluadas

Usos de WEAP

Investigación de Políticas Distribuciones de agua alternativos Cambio Climático Cambio en el uso de tierra Planificación de la Infraestructura

Construcción de Capacidad Negociación Participación de los distintos actores

Las capacidades de WEAP

Lo que puede hacerPlanificación a alto

nivel a escalas locales o regionales

Manejo de demandaDistribución de aguaEvaluación de

infraestructura

Lo que no puede hacerOperaciones a escalas

menores que diariasOptimización de la

oferta y demanda (ej. minimización de costos o maximización de bienestar social)

Un Sistema Simple en WEAP21

60

40

Una restricción en la infraestructura

70

3010 Insatisf.

Una restricción regulatoria

70

3010 Insatisf.

RI Satisf.

0

40

60

10 Insatisf.

Diferentes Prioridades

Por ejemplo, la demanda de grandes productores (70 unidades) puede ser la Prioridad numero 1 en un escenario, mientras que las demandas de menores productores (40 unidades) puede ser la Prioridad numero 1 en otro escenario..

30

10

90

0

Diferentes Preferencias

Por ejemplo un usuario central puede preferir tomar agua desde un tributario debido a menores costos de bombeo

WEAP es conducido por los Escenarios

El editor de escenario realmente acomoda los análisis de: Escenarios de Cambio Climático y supuestos Supuestos en las demandas futuras Supuestos en los futuros desarrollos de la cuenca

Futuro y Escenarios: Por que?

Escenarios: una manera sistemática de pensar acerca del futuro

Para ganar un mejor entendimiento de las posibles implicancias de las decisiones (o las no-decisiones) a través de los distintas escalas espaciales y temporales

Para apoyar la toma de decisiones

Fuerzas ImpulsorasDemografía• Numero de personas• Urbanización• Vejez

Economía• Integración con la economía global

Social• Aumento en la inequidad• Pobreza persistente

Cultural• Esparcimiento de valores de consumismo e individualismo

• Reacción nacionalista y religiosa

Tecnología• Tecnología de la computación y la información

• Biotecnología• Miniaturización

Medio Ambiente/Clima• Aumento de los stress globales• Degradación local• Algo de remediación en los países mas ricos

Instituciones• Instituciones globales• Gobiernos democrático• Rol de la sociedad civil en la toma de decisiones

Quienes son los Actores?

Gobierno Sector Privado Sociedad Civil El Publico

Granjeros ricos Granjeros pobres Urbes Ambientalistas O?

Considerar las Fuentes de Incertidumbre

Ignorancia

El Entendimiento es limitado

Sorpresa

Lo inesperado y nuevo puede alterar las direcciones

Volición

Las decisiones humas importan

Pronostico y Mirada Retrospectiva

?

?

A donde va la sociedad? pronostico

retrospectiva A donde queremos ir? Como llegamos allá?

S t u d y D e f i n i t i o nS p a t i a l B o u n d a r y S y s t e m C o m p o n e n t sT i m e H o r i z o n N e t w o r k C o n f i g u r a t i o n

E v a l u a t i o nW a t e r S u f f i c i e n c y E c o s y s t e m R e q u i r e m e n t sP o l l u t a n t L o a d i n g s S e n s i t i v i t y A n a l y s i s

C u r r e n t A c c o u n t sD e m a n d P o l l u t a n t G e n e r a t i o nR e s e r v o i r C h a r a c t e r i s t i c s R e s o u r c e s a n d S u p p l i e sR i v e r S i m u l a t i o n W a s t e w a t e r T r e a t m e n t

S c e n a r i o sD e m o g r a p h i c a n d E c o n o m i c A c t i v i t yP a t t e r n s o f W a t e r U s e , P o l l u t i o n G e n e r a t i o nW a t e r S y s t e m I n f r a s t r u c t u r eH y d r o p o w e rA l l o c a t i o n , P r i c i n g a n d E n v i r o n m e n t a l P o l i c yC o m p o n e n t C o s t sH y d r o l o g y

Estructura de WEAP

Barra de Menú

5 Vistas Principales

You can click and drag elements of the water system from the legend onto the schematic directly.

Use the menu to do standard functions such as creating new areas and saving.

Your can zoom your schematic in or out by sliding the bar here.

GIS layers can be added here.

Use the View bar to switch between your data and its results.

WEAP: Interfaz con el Usuario

Idiomas:

Solo la Interfaz

Ingles

Francés

Chino

Español

Se pueden crear múltiples escenarios y usaresta ventana para cambiar entre ellos.

Uso de labarra de Vistaspara cambiarentre tusanálisi

sy resultados

La información esta organizada en una estructura de árbol que-se puede editar aquí

Tu informaciónaparece aquíya sea de manera grafica ocomo tabla.

Entrar o editarla información tipeando aquí

Requerimientos de Datos

WEAP le permite al usuario determinar el nivel de complejidad deseado Dependiendo de las preguntas que tienen que

ser abordadas La disponibilidad de datos

Desde lo simple…

Hasta lo complejo….

Requerimientos de datos: Oferta de Agua

Oferta de agua definida por el usuario (caudal en determinados ríos dados como series de tiempo) Series de tiempo de caudal en río (cabecera) m3/s Red de ríos (conectividad)

Alternativamente la oferta puede ser calculada a través del modulo hidrológico (dejar que la cuenca genere el caudal en el río) Atributos de la cuenca

Área, tipo cubierta. . . Climatología

Precipitación, temperatura, velocidad del viento, y humedad relativa

Caudales y Demandas son prescritas por el usuario

Dejar que el Clima Maneje la Hidrología

El Modulo Hidrológico2-Baldes en WEAP

Smax

Rd z1 Interflow =

f(z1,ks, 1-f) Percolation = f(z1,ks,f)

Baseflow = f(z2,drainage_rate)

Et= f(z1,kc, , PET)

Pe = f(P, Snow Accum, Melt rate)

Plant Canopy

P

z2

L

u

Surface Runoff =f(Pe,z1,1/LAI)

Sw

Dw

Existe un Modelo 2-Baldes por tipo de Suelo

Marco Analítico de Hidrología Integrada/Manejo de Aguas en WEAP21

Requerimientos de Datos:Demanda

Datos para la demanda de agua: multi-sectorial Demanda municipal e industrial

Agregada por sector económico (manufactura, turismo, etc.)

Desagregada por población (ej., uso por persona, uso por grupo socioeconómico)

Demandas en la agricultura Agregado por área (# hectáreas, uso anual de

agua por hectárea) Desagregado por requisitos para cada cosecha

Demandas de los ecosistemas (caudales mínimos ecológicos)

Requerimientos de datos (continuación)

Agricultura

Industria

Municipal

AlgodónArrozTrigo...

EnergíaPetróleoPapel...

Ciudad del SurCiudad oriental...

Irrigación...

EnfriamientoProcesosOtros

Familia únicaMulti-familiar...

TendidoAspersiónGoteo

StandardEficiente...

CocinaBañoDuchaToilet...

SECTOR SUBSECTOR USO FINAL APARATO

Ejemplos donde encontrar Datos

Conocimiento local!

Climahttp://www.ncdc.noaa.gov/cgi-bin/res40.plhttp://ingrid.ldgo.columbia.edu/SOURCES/.NOAA/.NCDC/.GCPS/.MONTHLY/.STATION/

Hidrología (Global Runoff Data Center)www.grdc.bafg.de

GIShttp://data.geocomm.com/catalog/

Recursos generaleswww.weap21.org

Calibración y Validación

Criteria para evaluar el modelo Caudales a lo largo del cauce principal y

tributarios Almacenaje en reservorio y descargas Trasvases de aguas desde otras cuencas Demanda y entrega de agua a la Agricultura Demanda y entrega de agua a los sectores

municipal e industrial Tendencia y niveles de agua almacenado en

los acuíferos

Modelando Caudal en Ríos

Mirando a los Resultados

Seleccione aquí los

resultados para ver, incluyendo el escenario.

Cambie aquí lasunidades y subcategorías deresultados, y cambie el estilodel grafico

Seleccione aquíel año

Y que hacer después?

Como pueden usarse los resultados de WEAP, o cualquier otro modelo de recursos hídricos, ser organizados y analizados de manera de priorizar y seleccionar las estrategias de adaptación apropiadas?...

Análisis multi-criterio impulsado por la participación de los actores relevantes puede ayudar…

Análisis Multi-Criterio(Multi-criteria Analysis /MCA)

Cualquier método usado para determinar preferencias entre opciones alternativas, cuando las alternativas pueden lograr distintos objetivos

Es particularmente útil en situaciones donde un único criterio es insuficiente, y permite a quienes toman las decisiones tomar en cuenta una serie de factores relevantes

MCA: Alcance

Todos los sectores, regiones, estilos de vida, ecosistemas, etc.

Ha sido usado extensamente en la planificación de recursos hídricos, manejo de zonas costeras, desarrollo agrícola, y procesos de participación ciudadana

MCA: Resultados claves

La mejor opción o…

Una lista reducida con las opciones preferidas o…

Una caracterización de las posibilidades aceptables e inaceptables

MCA: Datos claves

Criteria de evaluación

Medidas relevantes para cada criterio

MCA–WEAP: Motivacion

Desarrollar una herramienta de computador interactiva en el computador para facilitar la evaluación multi-criterio de distintas opciones de recursos hídricos en un contexto de participación de los actores relevantes

Diseñado específicamente para ser usado en conjunto con los resultados del modelo WEAP y un proceso de participación de los actores relevantes para desarrollar, ponderar y aplicar criterios de evaluación a distintas opciones de adaptación

MCA–WEAP: Historia

MCA-WEAP es in nuevo modelo basado en macros de Excel, desarrollado a partir de los NAPAssess, una herramienta desarrollada por SEI para ser usada por Sudan y Yemen en sus procesos NAPA

Ahora ha sido reformulada para enfocarse exclusivamente en las opciones de adaptación en torno al agua – usado hasta el momento en los estudios del Netherlands Climate Assistance Program (NCAP)

Asegurar adecuada representación de los actores relevantes Identificar estrategias de adaptación de CC Establecer criteria especifica a cada país para evaluar y

priorizar opciones Dar recomendaciones de iniciativas de adaptación basadas

en consensos

Fuente abierta, y todavía una versión BETA!

MCA–WEAP: Capacidades

Organiza el proceso de análisis multi-criterio al: Almacenar toda la información relevante del

proyecto en un sola plataforma

Apoyar un proceso transparente y de fácil entendimiento para desarrollar, ponderar, y aplicar los criterios de evaluación

Producir una lista ordenada de alternativas

MCA–WEAP: Etapas

Evaluar las vulnerabilidades claves Identificar los actores claves Identificar las potenciales estrategias de adaptación Desarrollar un proceso impulsado por los actores

relevantes de evaluación de los criterios para determinar las puntos de conflicto/compensaciones

Asignar importancia relativa a los criterios Priorizar las opciones de adaptación que mejor

cumplan las necesidades de los mas vulnerables

Licencia para WEAP

Ir a www.weap21.org y registrarse para una licencia nueva (gratis para los gobiernos, universidades, y organizaciones sin fines de lucro en países en desarrollo)

Registrar WEAP bajo la ventana de Help en el menú y seleccionar “Register WEAP”