Caudales Ecológicos desde la

perspectiva del Manejo Integral

del Recurso Hídrico

Conrado Tobón, PhD

Universidad !acional de Colombia, Sede Medellín

ctobonm@unal.edu.co

Consideración objetiva

• La intervención de los caudales en ríos y quebradas es una necesidad impuesta para satisfacer demandas sociales y económicas de una población creciente y demandante de un mejor nivel de vida: agua potable, electricidad, alimentos, recreación y deporte.

Reto

� Armonizar la satisfacción de las demandas de agua con un sentido ambiental y no-egoísta, donde otras poblaciones puedan satisfacer igualmente sus necesidades y los ecosistemas mantengan su funcionamiento – Planeación.

RetoReto

aprovechamientoaprovechamiento conservaciónconservación

Principales usos del agua tomada de los ríos y quebradas:

• Para la agricultura: riegos, proyectos piscícolas • Generación eléctrica: hidroeléctricas• Abastecimiento de agua potable.• Drenaje: áreas inundadas• Transporte - navegación• Recreación• dilución y calidad fisicoquímica y bacteriológica del agua• dilución y calidad fisicoquímica y bacteriológica del agua

Efectos hídricos:

• Reducción del caudal de los ríos y quebradas• Cambios en el tamaño del caudal: Incrementos o disminuciones• Cambios en la frecuencia de eventos (captación y/o descargas de

represas)• Cambios en los volúmenes de sedimentos y en las frecuencias de las

descargas

Caudales Ambientales

“OPTIMO”

• Cantidad de agua que se presenta en un río o quebrada dentro de un régimen de caudales naturales o prístino”

“MÍNIMO QUE CONSERVE LAS CONDICIONES NATURALES”

• Regímenes del caudal y Caudal mínimo que debe mantenerse en una quebrada o río, después de captaciones, derivaciones o descargas, de tal manera que no se alteren los servicios, beneficios y las condiciones ambientales naturales preexistentes en el lecho del río, sus áreas aledañas y poblaciones dependientes.

Cobertura o Red fluvial

Para el análisis y determinación de caudales ambientales se debe mirar el río y sus entorno, es decir, una mirada a nivel de cuenca, desde sus fuentes hasta los ecosistemas costeros, estuarios, humedales, llanuras inundables y sistemas conexos de aguas subterráneassubterráneas

Se debe, por lo tanto tener en cuenta igualmente y a nivel de cuenca, la protección de coberturas naturales, suelos y hábitats y la prevención de la contaminación de suelos y aguas.

Los caudales ambientales producto de una Integración de Disciplinas

• La ecología, • la hidrología, • la biología, • la ingeniería, • la ingeniería, • la economía, • el derecho, • la medicina, • las ciencias políticas y • la comunicación.

Determinación del caudal ambiental en varios países

• Colombia: IDEAM determinó que el caudal mínimo ecológico debe ser del 25% del caudal medio mensual (multianual) mas bajo del río en estudio.

• Brasil: DNAEE estableció que el CA no puede ser inferior al 80% del menor valor promedio mensual medido en ese lugar 80% del menor valor promedio mensual medido en ese lugar en todo el período de observaciones disponibles

• España: La Ley de aguas estableció un CA equivalente a 2 l/s por km2 de cuenca hidrográfica, pero las autoridades regionales pueden exigir un caudal de reserva mayor.

Determinación del caudal ambiental en varios países

En la Comunidad Económica Europea existe una directriz denominada “Marco para el Agua” en la cual se pide a todos los estados que se alcance la SB o Situación Buena de aguas (superficiales y subterráneas).

SB = SQB + SEBSB = SQB + SEB

En la cual se incluyen poblaciones y comunidades de peces, macro-invertebrados, macrófitos, fitobentos y fitoplancton, formas del canal, profundidad del agua y caudal fluvial, lo cual se logra a través de la definición de caudales ambientales

Determinación del caudal ambiental en varios países

• En Australia se definen los objetivos de acuerdo con diferentes metas ecológicas de gestión y grados de sensibilidad de las poblaciones, bajo cuatro clases de metas a alcanzar:

• A Modificación insignificante de las condiciones naturales. Bajo nivel de riesgo para las especies más sensibles.

• B Modificación escasa de las condiciones naturales. Escaso riesgo para biota sin tolerancia.

• C Modificación moderada de las condiciones naturales. Pueden disminuir la biota especialmente intolerantes.

• D Modificación alta de las condiciones naturales. Alto grado de afectación o desaparición de la biota especialmente las intolerantes

Determinación del caudal ambiental en varios países

• Francia: La Ley pesca en aguas dulces, determinó que en ríos donde el caudal medio anual fuese menor de 80 m3/s, el CA sería del 10% del caudal medio anual. Para los demás ríos el CA se exigió solo un 5%.

• Escocia: El consejo regional determinó un CA en función de las especies migratorias de peces que se presenten en cada río. Generalmente varia entre el 5% y el 25% del caudal máximo anual, con un 10% como promedio.

Premisas en el establecimiento de caudales ambientales

1. Objetivos claros con indicadores medibles:

• Permitir el suministro continuo de agua para una determinada población población

• Conservar las especies X, Y,

• conservar los humedales Z, A

2. Demostrar el beneficio existente que produce el agua reservada como caudal ecológico o la población a impactar potencialmente

A. Determinación de los usuarios del

río

B. Características de los

diferentes transectos o

tramos del río

C. Preferencias o hábitats de las diferentes

especies de peces de acuerdo con los tramos del río

D. Presencia de ictiofauna a lo

largo de la red fluvial

E. Componentes de vegetación en el lecho del

río: Algas

F. Componente de macro-invertebrados acuáticos

más macro-invertebrados acuáticos y sus preferencias por

espacios y tramos del río

más macro-invertebrados acuáticos

Las diferentes fases del ciclo de vida de los organismos requieren

diferentes condiciones de hábitat.

más macro-invertebrados acuáticos

Escenarios hidrológicos: periodos húmedos - secos

20

30

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50

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70Caudal

0

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TiempoRelajación hidráulica Estrés hidráulico

Producción biótica G. Período de máxima producción del sistema

Período de menor duración

H. Vegetación de ribera

• La presencia del salpique y/o bruma continua del agua en continua del agua en ríos torrentosos produce ambientes especiales (húmedos) en la vegetación ribereña.

I. La fauna asociada al sistema fluvial

Métodos para definir caudales ambientales

• �o existe el método óptimo o

ideal, para determinar el

caudal ambiental apropiado

en cada caso específico.

Pero si existen una serie de Pero si existen una serie de métodos para determinar el caudal ambiental de acuerdo con varios criterios u objetivos y los servicios ambientales que ofrece la fuente hídrica a lo largo de su recorrido.

Agrupación de los métodos

1. Cuadros de consulta o índices hidrológicos

2. Métodos basados en características hidráulicas del río

3. Análisis funcional –holísticos

4. Modelos de simulación de hábitats

hidráulicas del río

1. Cuadros de consulta o índices hidrológicos .

Basados generalmente en índices hidrológicos (% del caudal promedio) o comportamiento histórico (estadísticas) del comportamiento del caudal. Utilizan los registros históricos de caudal, como datos diarios, mensuales, medias, etc. para derivar directamente de ellos las recomendaciones de CA. (Ej. Colombia, Brasil, Francia, etc.)(Ej. Colombia, Brasil, Francia, etc.)

A. Método Tennant

Método de índice, mediante el empleo de datos de calibración de varios ríos en Montana (USA) con el fin de especificar porcentajes del caudal anual medio, los cuales proveen hábitats de diferente calidad a los peces:

• El 10% para calidad escasa o de supervivencia,

• El 30% para hábitat moderado o satisfactorio

• El 60% para un hábitat excelente u optimo.

• Desventaja. Para su aplicación en otros lugares se requiere calcular de nuevo los índices y estudio de especies

• B. Método de Hoppe

• Reconoce la relación entre los percentiles de la curva de duración de caudales y las condiciones favorables para la biota. Este método usa valores de porcentaje de excedencia de la curva de duración de caudales para definir unos caudales mínimos asociados a diferentes estadios de crecimiento de peces (truchas).

Se calcula en base a percentiles del caudal, Q.

• Q17 para avenidas y recomendado para limpiar el sustrato;

• Q40 para mantener las condiciones de hábitat convenientes para el desove

• Q80 para mantener condiciones de alimento y abrigo

C. Método del Rango de Variabilidad (RVA en inglés)

• Utiliza 32 indicadores relacionados con la corriente, llamados Indicadores de Alteración Hidrológica (IHA en inglés).

En este método se reconoce que la variación hidrológica juega un papel importante en la estructura de la diversidad biótica, además de controlar las condiciones de hábitat dentro del además de controlar las condiciones de hábitat dentro del canal, llanuras de inundación, humedales.

D. Método del Caudal Medio Base (Average Base Flow Method - ABF)

Especifica que el CA es el caudal mínimo de verano

Otros

E. Área drenante

F. Legislación Asturiana

G. Método de Nueva InglaterraG. Método de Nueva Inglaterra

H. Legislación Suiza

2. Métodos basados en características hidráulicas del río

• Utilizan la relación entre algunas variables hidráulicas como el perímetro mojado y la profundidad máxima del río, y el caudal, para desarrollar recomendaciones de CA.

A. Indicadores de Alteración Hidrológica de Richter

Define a través de índices los caudales de referencia para ríos o quebradas en los que el objetivo primario es la protección del ecosistema natural.

El método tiene en cuenta:

• Caudales máximos y mínimos• Periodicidad de los eventos• Frecuencia o cantidad de eventos• Frecuencia o cantidad de eventos• Duración con promedios máximos y mínimos

Utiliza caudales diarios y 32 índices, calculados sobre una base anual del comportamiento hidrológico y su variabilidad estadística (DS)

Desventaja:

• No existe suficiente investigación para relacionar el método con las variables ambientales del ecosistema.

B. Método de variación hidráulica

• Utilizan cambios en variables hidráulicas, como perímetro húmedo o área de lecho sumergido, para definir el caudal ambiental. De tal manera que los ríos anchos y poco profundos tienden a ser más sensibles a cambios en el caudal en su perímetro húmedo que los ríos angostos y profundos.

Desventajas

• Existen problemas en la determinación del umbral de descargas por debajo de las cuales el perímetro húmedo se reduce con rapidez.

C. Método LIFE

El índice Invertebrado Lótico para Evaluación de Caudales (LIFE) está basado en el monitoreo continuo de macro-invertebrados a lo largo del río y caudal antes de la obra. Para esto Se caudal antes de la obra. Para esto Se elaboró un índice de sensibilidad percibida a la velocidad del agua mediante la asignación de un puntaje de 1 a 6 y de acuerdo a la abundancia de invertebrados (especies o familias).

Desventajas de estos métodos

• Resulta difícil e incluso imposible derivar índices bióticos que sean solo sensibles a caudales y no a otros factores, como estructura del hábitat y calidad del agua.

• La ausencia de datos tanto hidrológicos como biológicos o datos no adecuados se convierte en un factor limitante para la aplicación de los métodos.métodos.

• Las series temporales de caudales y los índices ecológicos pueden no ser independientes, lo cual puede infringir los supuestos de la estadística descriptiva.

• Asumen que una variable hidráulica o un grupo de ellas pueden representar adecuadamente las necesidades de caudal de las especies de un río.

• No tienen en cuenta la variación del régimen de caudales.

Este método relaciona funcionalmente los componentes hidrológicos y ecológicos de río o quebrada. Utilizan para esto análisis hidrológico, información sobre clasificación hidráulica, datos biológicos, componentes económicos, sociales y el conocimiento de expertos.

3. Métodos holísticos o Análisis funcional

• Hidrológicos: Se busca conservar la estacionalidad natural y la variabilidad de caudales, incluyendo inundaciones y el régimen de caudales de verano.

• Ecológicos:Cifras de población o índices de estructura comunitaria calculados a partir de listas de especies

A. Metodología de bloques de Construcción (BBM, inglés).

Desarrollada en Sudáfrica, bajo la asumpción de que las especies fluviales dependen de elementos básicos (bloques de construcción), del régimen de caudal (caudales bajos e inundaciones) y la conservación de la dinámica de sedimentos y la estructura geomorfológico del río.y la estructura geomorfológico del río.

B. Opinión de panel de expertos

Opinión de los investigadores y expertos sobre las necesidades de un régimen de caudales de un río en específico en la un río en específico en la ecología de las especies, poblaciones o comunidades existentes: Peces, macro-invertebrados, macrófitos, algas (fitobentos y fitoplancton), vegetación riparia, población y otros usos.

C. Caudal de garantía ambiental - EPM

• Método aplicado por las EPM, donde mediante 7 pasos se definen los límites mínimos de flujo natural o CA, que pueden ser tolerados por un curso de agua, contemplando aspectos físicos, químicos, bióticos, sociales y estéticos:

1. Definición del caudal ambiental natural1. Definición del caudal ambiental natural2. Evaluación ambiental multivariable 3. Determinación del caudal de garantía ambiental4. Determinación de los caudales de recuperación5. Determinación de caudal adicional6. Determinación de requerimientos excepcionales7. Presupuesto de agua.

4. Modelos de simulación hidráulica-hábitats

Utilizan como base para definir el CA la respuesta de unaespecie, generalmente de peces, a cambios discretos de caudal.Estos modelos establecen las correspondencias entre el hábitatde las especies fluviales y las características hidráulicas quevarían en función de los caudales.

A. Instream Flow Incremental Methodology – IFIM

Es un conjunto de modelos y procedimientos analíticos diseñados parapredecir los efectos de cambio del caudal en la estructura del canal, calidaddel agua, temperatura y disponibilidad de hábitat para algunas especiesacuáticas. Esta metodología está basada esencialmente en trescomponentes: un modelo hidráulico fluvial, las curvas de preferencia de lafauna, y el valor potencial del hábitat fluvial.

La metodología IFIM parte de la base de los siguientes principios La metodología IFIM parte de la base de los siguientes principios fundamentales:

• El CA de un río es el flujo necesario para mantener las condiciones del ecosistema en niveles ambientalmente aceptables.

• El caudal más deseable es aquel que satisface numerosos usos a la vez.

• Debe darse una consideración preferencial a aquellos usos de mayor relevancia.

• Resalta la importancia del efecto de la alteración del caudal sobre los recursos biológicos.

Desventajas

• Requiere para su manejo de un profesional con experiencia tanto en el manejo del modelo como de la informacion que requiere

• Es especifico para evaluar el hábitat disponible para especies • Es especifico para evaluar el hábitat disponible para especies de peces en el tramo de interés

• Esta muy desarrollado para el salmón y en Colombia para la trucha, pero no se ha probado para especies como sabaleta, bocachico, nicuro, bagre, etc.

• Es muy exigente en información tanto hidráulica como de la especie, lo que restringe su aplicación en nuestro medio.

Ajustes de los métodos

• A medida que se vaya disponiendo de nueva información, se hagan evaluaciones del funcionamiento de los ecosistemas y las repuestas de la población, ictiofauna, fauna y la vegetación la población, ictiofauna, fauna y la vegetación asociada al sistema se deberán hacer los ajustes necesarios al régimen y cantidad de caudal ambiental – proceso dinámico

Consecuencias de la no-determinación de caudales ambientales

Ecológicas

• Efectos sobre los recursos hidrobiológicos y la diversidad acuática del sistema intervenido

• Alteraciones de los ecosistemas riparios o ribereños• Cambios en la cantidad y frecuencia de descarga de sedimentos

Sociales y culturalesSociales y culturales

• Cambios en el suministro y la calidad del agua a las poblaciones en el curso de la red fluvial intervenida

• Efectos sobre la cultura y las tradiciones locales relacionadas con el río o quebrada

Económicas

• Costos relacionados con el tratamiento de las aguas remanentes y/o de la reubicación de bocatomas

Incertidumbres

Lo que los métodos no han tenido en cuenta

• Ausencia de conocimiento sobre aspectos como: Cuánta agua se necesita, dónde, cómo con que frecuencia?.

• Cambios en los regímenes y cantidades de caudal debidos a cambios en el uso del suelo en la cuenca y/o al Cambio Climáticocambios en el uso del suelo en la cuenca y/o al Cambio Climático

• Cual es la magnitud de los impactos ecológicos?, Sociales?, económicos?

Investigación

Citas bibliográficas

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