Desarrollo e Implementación de un Desarrollo e Implementación de un

Modelo de Gestión para la Optimización y Modelo de Gestión para la Optimización y

Manejo de un Sistema Hídrico a Nivel de Manejo de un Sistema Hídrico a Nivel de

CuencaCuenca

Alumno: Juan Pablo Schuster V., Ing. Civil.Tutor: James McPhee, Ing. Civil, Ph.D

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

a) a) Recopilar y analizar críticamente modelos Recopilar y analizar críticamente modelos y/o y/o metodologías existentes para la gestión de sistemas de metodologías existentes para la gestión de sistemas de recursos hídricos actualmente usados en diversos recursos hídricos actualmente usados en diversos países.países.

b) b) Seleccionar una cuenca hidrográficaSeleccionar una cuenca hidrográfica, para , para implementar la metodología desarrollada, de acuerdo a implementar la metodología desarrollada, de acuerdo a la cantidad/calidad de información disponible.la cantidad/calidad de información disponible.

ObjetivosObjetivos

c) Definir, en conjunto con actores locales y/o c) Definir, en conjunto con actores locales y/o planificadores, los planificadores, los escenarios de análisis y las escenarios de análisis y las condiciones de desarrollo factibles de implementarcondiciones de desarrollo factibles de implementar..

d) d) Construir e implementar un modelo de soporte de Construir e implementar un modelo de soporte de decisión (SSD), decisión (SSD), en la cuenca seleccionada. en la cuenca seleccionada. Considerando escenarios de desarrollo de Considerando escenarios de desarrollo de infraestructura y de cambio climático.infraestructura y de cambio climático.

e) Llevar a cabo un e) Llevar a cabo un análisis crítico de los resultadosanálisis crítico de los resultados, , proponiendo esquemas de desarrollo sustentables en proponiendo esquemas de desarrollo sustentables en el tiempo.el tiempo.

ObjetivosObjetivos

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Zona de Estudio

La Zona de estudio es la cuenca del Aconcagua, particularmente la 1ª y 2ª Sección del río.

71o33l 69o59l

32o02l

33o11 l

Valparaíso

N

Llay-LlayLos Andes

San Felipe

Quillota

La Calera

Con Con

Zona de Estudio

Las dos primeras secciones de la cuenca representan mas del 70% de la productividad total de esta, equivalente al uso del recurso hídrico.

Usos del AguaUsos del Agua

• Mineria

• Agricultura

• Turismo

• Municipal (1 Million habitantes)

• Mineria

• Agricultura

• Turismo

• Municipal (1 Million habitantes)

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Descripción Modelo WEAPDescripción Modelo WEAP

Utilización de Herramienta WEAP

WEAPWEAP Water Evaluation And Planning, Version 2.2 (Lic. Educacional)(http://www.weap21.org/)Desarrollado por: Stockholm Environment Institute yTellus Institute, Boston.

Permite

Construir con enfoque integrado: Enfoque único para realizar evaluaciones de planificación integrada de recursos hídricos

Procesos de participación: Una estructura transparente que facilita la participación de los actores involucrados en un proceso abierto

Manejar una base de datos que mantiene la información de demanda y oferta de agua para realizar balances de masa en arquitectura conexión-nodo.

Calculo de la demanda, oferta, escorrentía, infiltración, requisitos de cultivos, flujos y almacenamiento del agua, generación, tratamiento y descarga de contaminantes y de calidad de agua en ríos para variados escenarios hidrológicos y de políticas.

Manejar una interfaz gráfica basada en mapas SIG con conceptos de agarrar-y-arrastrar ("drag-and-drop") con resultados flexibles a nivel de mapas, gráficos y tablas.

Tipo 2000 2020 2050Urbano 30 35 45Frutales 45 50 55Viñas 10 12 15Hortalizas 10 8 5Forestal 8 9 8Pradera 15 12 10Otros 45 30 20

Porcentaje de Uso del Suelo

Modelo de Precipitación /Escorrentía tipo Estanque Modelo de Precipitación /Escorrentía tipo Estanque (Soil Moisture Model)(Soil Moisture Model)

Método unidimensional, con 2 compartimientos o estanques de suelo.

Esquema de medición de humedad del suelo, se basa en funciones empíricas que describen evapotranspiración, escorrentía superficial / subsuperficial y percolación profunda para una cuenca.

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)

Donde:z1,j=[1,0] es el almacenamiento relativo dado como una fracción del almacenamiento total efectivo de la zona radicular, Rdj: Fracción del suelo cubierto j (mm).Pe: Precipitación efectiva, la cual incluye derretimiento de nieve desde el manto nival en las subcuencas.PET: Evapotranspiración potencial (Penman-Montieth), y kcj es el coeficiente de cultivo para cada fracción de cobertura del suelo. El tercer término representa la escorrentía superficial, LAIj es el Índice de Superficie de Hojas de la cobertura del suelo (Leaf Area Index).

El cuarto y quinto término representan los términos del flujo subsuperficial y la percolación profunda, respectivamente.

Donde, kj es una estimación de la conductividad saturada de la zona radicular (mm/tiempo) y fj es un coeficiente de partición relacionado al suelo, tipo de cubierta de suelo, y la topografía la cual divide las particiones de agua tanto horizontal como vertical.

Escorrentía total en tiempo t

Flujo Base

Las ecuaciones son resueltas con un algoritmo tipo predictor-corrector.

Recarga si la cuenca esta conectada a un acuífero

Representación estilizada del sistema subterráneo-superficial

Componente Hidrológico WEAP

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Esquema Topológico original MOS-MAGIC AconcaguaEsquema Topológico original MOS-MAGIC Aconcagua

Construcción de SIG para la modelación de la CuencaConstrucción de SIG para la modelación de la Cuenca

Definición de elementos que componen el modelo

Construcción de la Topología (nodos, elementos, conectores, etc.)

Llenado de tablas de los elementos creados

Las sectores de riego se definieron bajo condición de demanda de cultivo limitada a derecho

Generación de caudales sintéticos en cuencas laterales sin control (pluviales)

Período de Análisis 1950-1999

Calibración

Generación de Escenarios

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Aconcagua en Chacabuquito NS: 0.66

Putaendo en RLP NS:0.81

Se generaron los caudales sintéticos de todas las cuencas (laterales y cabecera)

Se modeló la escorrentía de las cuencas nivales de cabecera (Putaendo y Aconcagua)

Período de Calibración 1950 – 1999

Se obtuvieron Índices de Eficiencia de NS aceptables

Se puede concluir que la herramienta hidrológica de WEAP permite simular caudales en cuencas nivales en forma relativamente adecuada.

Utilización de Modelo Global HadCM3 (Hadley Centre Coupled Model, version 3): Modelo de circulación general.

Se utilizan los predictores del modelo en escenarios A2 y B2 (IPCC)

Se identifica el Box respectivo de la Grilla (78X 48Y).

Se realiza un Downscaling con elSoftware SDSM 4.2 (Statistical DownScaling Model)

Se pretende trabajar con las variablesTº, Humedad Rel., Precipitación

Período de análisis 2000-2030

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Modelo OperacionalModelo Operacional

Modelo de Cambio ClimáticoModelo de Cambio Climático

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Temáticas de Gestión• Recursos de Agua

totalmente distribuidos

• Extensión de la agricultura de riego sobre cota de canal

• Recursos subterráneos reutilizables sin cuantificación real y completa

• Generación hidroelectrica a emergido con un alto crecimiento (Cent. de pasada)

• La variabilidad climática puede impactar en los esquemas de desarrollo?

Área Total: 7000 Km2

Sup. Riego: 71000 ha

Período de análisis 25 años

1.Regulación en Cabecera (Embalse Puntilla Viento)

2.Pozos de Bombeo en 1º y 2º Sección (máx. de 11 m3/s)

3.Uso conjunto de sistema superficial – subterráneo (Embalse Superficial- Explotación masiva de acuífero). (1+2)

4.Centrales Hidroeléctricas proyectadas

5.(4) + Extracción minera Andina

6.(5) + explotación agricola a máxima capacidad

7.(6) + (3)

Escenarios Modelo OperacionalEscenarios Modelo Operacional

PETORCA

LA LIGUA

LOS ANDES

SAN FELIPE

ALICAHUE

QUILLOTA

VALPARAISO

A. EMBALSE PUNTILLA DEL VIENTO

100 HM3

B. POZOS11 m³/s

El embalse atiende las demandas de las zonas altas de la 1era Sección, recarga el acuífero de todo el valle, proporciona agua para la expansión de la Minería.

El agua de los pozos atendería el resto de las demandas operando en conjunto las aguas superficiales del río y del embalse.

Corte longitudinal de la cuenca

Primera Sección

LOS ANDES

SAN FELIPE

EMBALSE SUBTERRANEO160 Hm3

EMBALSE PUNTILLA DEL

VIENTO100 Hm3

POZOS

Corte longitudinal de la cuenca

Segunda Sección

SAN FELIPE

PANQUEHUE

CATEMULLAY-LLAY

POZOS

Período de análisis 2000 - 2030

1. Efecto de los escenarios A2 y B2 en condiciones actuales.

2. Cambios de uso de suelo.

3. Mayor explotación agrícola a los límites de derecho existente

4. Explotación masiva de sistema acuífero

Escenarios Modelo Cambio ClimáticoEscenarios Modelo Cambio Climático

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

1.1. ObjetivosObjetivos

2. Caracterización Cuenca2. Caracterización Cuenca

3. Descripción Modelo WEAP3. Descripción Modelo WEAP

3.1 Esquema Modelo Operacional3.1 Esquema Modelo Operacional

3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático3.2 Esquema Modelo de Cambio Climático

4. Calibración Modelo4. Calibración Modelo

5. Definición de Escenarios5. Definición de Escenarios

6. Resultados Preliminares6. Resultados Preliminares

7. Tareas Pendientes7. Tareas Pendientes

Tareas PendientesTareas Pendientes

-Incorporar TODOS los escenarios de trabajo señalados Incorporar TODOS los escenarios de trabajo señalados anteriormente.anteriormente.

-Realizar Downscaling de los predictores en la grilla de modeloRealizar Downscaling de los predictores en la grilla de modelo

-Incorporar de la estadística generada las variables asociadas al Incorporar de la estadística generada las variables asociadas al modelo WEAPmodelo WEAP

-Evaluar resultados con un análisis crítico y proponer esquemas de Evaluar resultados con un análisis crítico y proponer esquemas de desarrollo sustentables en el tiempo.desarrollo sustentables en el tiempo.

Discusiones Institucionales

DGA - MOP

DOH – MOP

CNR

CRA

CODELCO ANDINA(*)

ESVAL(*)

CONSULTORES: LJG, GCF, Croxatto, Otros.

Agradecimientos:Agradecimientos:

•Proyecto Fondecyt 11060444Proyecto Fondecyt 11060444

•Beca Presidente de la RepúblicaBeca Presidente de la República

•Comisión Nacional de RiegoComisión Nacional de Riego

•Dirección General de Aguas –DEPDirección General de Aguas –DEP

FINFIN

CONSULTAS?CONSULTAS?