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Determinación de los impactos del cambio climático sobre las
cuencas Rímac y Mantaro.
James Apaéstegui (IRD)Thomas Condom (IRD)
Wilson Suarez (Consultor IRD-Banco Mundial)
Modelo WEAP del SEI – Stockholm Institute EnvironmentEn el marco del proyecto del Banco Mundial
“Assessing the Impacts of Climate Change on Mountain Hydrology:
Development of a Methodology through a Case Study in Peru”
Modelo WEAP
Implementar un modulo glaciar y modelizar las 3 cuencas
Parte hidrologia
Parte uso de agua
cons. hum., hydroelec., riego, industria, minas
- SANTA- RIMAC- MANTARO
3 cuencas
Hacer proyecciones futuras (clima-uso de agua)
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Simulación Hidrológica:
• Observar la disponibilidad del recurso hídrico.• Viabilidad de la construcción de C.H. La Guitarra• Observar la relación glaciar – clima.
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Cuencas Rímac y Mantaro:
---> mas de 9 millones de hab.---> Mas del 30% de Prod. Hidro-energetica del Perú
Trasvase de aguas, obliga a entender el sistema como único.
Cuenca del rio Rímac:Area total 3398 km²
Altitud máxima 5508 metros(nevado Paca)
19 lagunas reguladas
Cuenca del río Mantaro
Area total 34350 km²
Altitud máxima 5650 metros(Collquepucro).
Recorrido total 830 km aprox.
21 Lagunas reguladas4 en transvase
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Situación de la Información hidrológica y climática
Base de datos formada por información perteneciente a Edegel (Rímac), Electroperu (Mantaro) ySENAMHI (Rímac y Mantaro)
Variables Rímac Mantaro
PP 24 ( desde 1931) 149 (1963-2007)
Caudales 8 (desde los años 60’ hasta 1997 aprox) 19
Centrales hidroeléctricas 6 (Se usan 5 de Edegel)) 3
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
0
10
20
30
40
50
60
Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
Chosica
Chosica
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20/12/1962 00:00 02/12/1973 00:00 14/11/1984 00:00 28/10/1995 00:00
Chosica (m3/s)
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
0
100
200
300
400
500
600
700
800
20/07/1972 00:00 06/10/1980 00:00 23/12/1988 00:00
Mejorada
50
100
150
200
250
300
350
400
Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
Mejorada
Mejorada
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Pluviometria
Pluviometria
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
-Imágenes de Satélite: Landsat 5 de 1988 y 1997, carta nacional de 1970 (1/100000).-Cobertura de Suelos en el Mantaro-Cobertura glaciar Rímac y Mantaro
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Dr. Wilson Suarez
0.0
40.0
80.0
120.0
160.0
1970 1988 1997 2008
155.1
72.856.6 49.0
Mantaro
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
1970 1988 1997 2008
38.1
7.85.7 4.0
Rimac
Porcentaje 1970 1988 1997 2008
Mantaro 100 47.0 36.5 31.6
Rimac 100 20.5 14.8 10.4
•Fuente: Inventario Nacional (1970) (Landsat5; ASTER) SENAMHI
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Cuantificación del retroceso glaciar (km2)
•Volumenes? - Impacto sobre los caudales?
Grayson et al, 2002
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
CATCHMENT Object in WEAP
Streamflow Measurement orManagement Point
i=1
j=1 j=1 j=1
j=2
j=2
j=2
j=2
i=m
i=n
Ei
EmEm+1
i=m+1
En
Ai, j=2Ai, j=1
RUNOFF in WEAP Elevation BandDelimiter
Subwatershed
Glacier CATCHMENT Object in WEAP
Streamflow Measurement orManagement Point
i=1
j=1 j=1 j=1
j=2
j=2
j=2
j=2
i=m
i=n
Ei
EmEm+1
i=m+1
En
Ai, j=2Ai, j=1
RUNOFF in WEAP Elevation BandDelimiter
Subwatershed
Glacier
Modèlo Lluvia/Escurimientosemi-distribuido
Paso de tiempo mensual
Modelo a reservorio
Datos de entrada - capas SIG (superfi. +suelos)- T°, P
Parametros- 5 por cada zona de altura
Salida de los modelos- escurrimiento- extensión de los glaciares- posición de la ELA
Modelo WEAP del SEI – Stockholm Institute Environment
En el marco del proyecto del Banco Mundial
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Rímac y Mantaro dentro de WEAP
108 Catchments en Rímac y171 sobre el Mantaro
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
0
100
200
300
400
500
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700
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sep
-65
may
-66
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67
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Cau
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(m
3/s
)
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Observado Simulado
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Cau
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3/s
)
Pongor
Observado Simulado
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p-6
5
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-66
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-80
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Cau
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3/s
)
Chosica
Observado Simulado
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
Sep
Oct
No
v
Dic
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Feb
Mar
Ab
r
May
Jun
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Ago
M3
/se
g
Chosica
Observado Simulado
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100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
Sep
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No
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Dic
Ene
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Mar
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May
Jun
Jul
Ago
M3
/se
g
Mejorada
Observado Simulado
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
Sep
Oct
No
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Dic
Ene
Feb
Mar
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May
Jun
Jul
Ago
M3
/se
g
Pongor
Observado Simulado
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
A
B
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
A
B
Lamina Escurrida EstacionalidadEstación Cuenca Nash Balance r²(1) BIAS RMSE r²(2)
Piñascocha Mantaro -0.03 1.72 0.61 72.01 105.31 0.94
Yulapuquio Mantaro 0.54 0.92 0.63 -8.11 76.93 0.94
Canipaco Mantaro 0.55 0.87 0.79 -13.21 59.21 0.96
Casaracra Mantaro -0.02 1.48 0.59 48.17 83.97 0.76
Cochas Tunel Mantaro 0.45 1.12 0.52 11.67 68.78 0.97
Pachacayo Mantaro 0.63 1.01 0.63 1.10 59.19 0.97
Yanacocha Mantaro -0.83 2.37 0.74 136.83 161.48 0.98
Angasmayo Mantaro 0.77 1.15 0.82 15.01 52.11 0.95
Huapa Mantaro 0.71 1.07 0.74 7.35 55.75 0.98
Huari Mantaro 0.70 0.88 0.77 -11.94 53.28 0.99
Chinchi Mantaro 0.72 0.96 0.77 -4.41 55.58 0.94
Upamayo Mantaro 0.53 1.19 0.65 19.30 53.60 0.74
Puente Chulec Mantaro 0.70 1.08 0.72 8.47 36.18 0.95
Puente Stuart Mantaro 0.75 1.44 0.79 44.17 39.89 0.96
Mejorada Mantaro 0.81 1.16 0.85 15.90 38.04 0.95
Pongor Mantaro 0.75 0.93 0.82 -7.32 51.50 0.94
Santa Elena Mantaro 0.61 0.81 0.79 -19.50 76.54 0.97
Quillón Mantaro 0.19 1.61 0.68 61.44 84.17 0.95
Moya Mantaro 0.60 1.19 0.65 19.09 56.28 0.90
Sheque Rímac -0.33 0.68 0.53 -32.42 49.24 0.92
Chosica Rímac 0.39 1.01 0.72 1.08 44.96 0.97
Yuracmayo Rímac 0.38 0.63 0.57 -36.55 74.12 0.82
Rio Blanco Rímac 0.59 1.19 0.66 19.29 63.26 0.95
San Mateo Rímac -0.01 0.60 0.71 -39.52 48.26 0.89
Tamboraque Rímac 0.55 0.69 0.76 -30.74 45.47 0.95
Surco Rímac 0.64 0.81 0.73 -19.33 42.19 0.95
26 17 17 24 17 24
Nash>0.5 Balance[0.8-1.2] r²(1)>0.55 Balance[0.8-1.2] r²(2)>0.8
Rimac Mantaro
Kc: 0.9 1.2
Sw : 9 9
Dw: 7500 300
RRF: 0.3 0.3
Ks: 12 6
Kd: 800 300
f: 0.2 0.2
Z1: 30 30
Z2: 10 30
a snow: 300 300
a ice: 600 600
T°: 1.7 1.7
K snow: 0.5 0.5
K ice: 0.5 0.5
Calibración con parámetros diferentes para cada cuenca
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
a snow: 300
a ice: 600
T°: 1.7
Medido (Km²) Simulado (KM2)
1970 1988 1997 1988 1996
Azu11 14.42 11.49 10.16 9.1 7.7
Carh10 4.32 2.77 2.2 0.0 0.0
Hua09 19.73 7.58 6.38 11.3 9.7
Huap08 3.66 0 0 0.0 0.0
Huay10 3.13 1.53 1.21 1.8 1.8
Mej07 12.84 6.56 5.25 6.2 5.3
Pte.St08 17.55 5.74 4.33 7.5 5.8
Pte.chu09 12.16 2.84 1.9 0.0 0.0
Sma08 6.25 0.88 0.46 3.2 2.3
Tem10 4.79 3.75 3.04 3.5 3.3
Upa10 4.63 0 0 0.0 0.0
Yurac10 9.67 4.38 3.87 5.0 3.7
Simulación Glaciar
Simulación considerando queel área glaciar comienza en1966, años de evaluación1988 y 1996
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Q Sim ≈ Q. Obs -----> Adecuado proceso de simulación del escurrimiento
Simulación del Derretimiento glaciar --> Adecuado con áreas observadas.
Si bien es cierto que la modelización es realizada como un sistema único, el proceso de validación y calibración se hizo de manera individual en las cuencas con parámetros diferentes.
Posibilidades del modelo:
• Uso del agua (antrópico)- Evaluación de distintos usos poblacionales del agua.- Usos en irrigación (posibilidades de cultivos).- Evaluación de implementar nuevas plantas y/o reservorios.
•Cambio Climático (Escenarios futuros)- Estimación de disponibilidad de agua- Estimación de la cobertura glaciar futura
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Conclusiones
Introduccion - Zona de estudio - Glaciares - Resultados - Perspectivas
• Aumentar la discretización espacial de las cuencas.
• Posibilidad de trabajar sobre la calidad de agua.
•Posibilidad de adjuntar un modelo hidrogeológico (Necesidad de datos).
Gracias
japaestegui @[email protected]
Lamina Escurrida EstacionalidadEstación Cuenca Nash Balance r²(1) BIAS RMSE r²(2)
Piñascocha Mantaro -0.03 1.72 0.61 72.01 105.31 0.94
Yulapuquio Mantaro 0.54 0.92 0.63 -8.11 76.93 0.94
Canipaco Mantaro 0.55 0.87 0.79 -13.21 59.21 0.96
Casaracra Mantaro -0.02 1.48 0.59 48.17 83.97 0.76
Cochas Tunel Mantaro 0.45 1.12 0.52 11.67 68.78 0.97
Pachacayo Mantaro 0.63 1.01 0.63 1.10 59.19 0.97
Yanacocha Mantaro -0.83 2.37 0.74 136.83 161.48 0.98
Angasmayo Mantaro 0.77 1.15 0.82 15.01 52.11 0.95
Huapa Mantaro 0.71 1.07 0.74 7.35 55.75 0.98
Huari Mantaro 0.70 0.88 0.77 -11.94 53.28 0.99
Chinchi Mantaro 0.72 0.96 0.77 -4.41 55.58 0.94
Upamayo Mantaro 0.53 1.19 0.65 19.30 53.60 0.74
Puente Chulec Mantaro 0.70 1.08 0.72 8.47 36.18 0.95
Puente Stuart Mantaro 0.75 1.44 0.79 44.17 39.89 0.96
Mejorada Mantaro 0.81 1.16 0.85 15.90 38.04 0.95
Pongor Mantaro 0.75 0.93 0.82 -7.32 51.50 0.94
Santa Elena Mantaro 0.61 0.81 0.79 -19.50 76.54 0.97
Quillón Mantaro 0.19 1.61 0.68 61.44 84.17 0.95
Moya Mantaro 0.60 1.19 0.65 19.09 56.28 0.90
Sheque Rímac -0.33 0.68 0.53 -32.42 49.24 0.92
Chosica Rímac 0.39 1.01 0.72 1.08 44.96 0.97
Yuracmayo Rímac 0.38 0.63 0.57 -36.55 74.12 0.82
Rio Blanco Rímac 0.59 1.19 0.66 19.29 63.26 0.95
San Mateo Rímac -0.01 0.60 0.71 -39.52 48.26 0.89
Tamboraque Rímac 0.55 0.69 0.76 -30.74 45.47 0.95
Surco Rímac 0.64 0.81 0.73 -19.33 42.19 0.95
26 17 17 24 17 24
Nash>0.5 Balance[0.8-1.2] r²(1)>0.55 Balance[0.8-1.2] r²(2)>0.8
Rimac Mantaro
Kc: 0.9 1.2
Sw : 9 9
Dw: 7500 300
RRF: 0.3 0.3
Ks: 12 6
Kd: 800 300
f: 0.2 0.2
Z1: 30 30
Z2: 10 30
a snow: 300 300
a ice: 600 600
T°: 1.7 1.7
K snow: 0.5 0.5
K ice: 0.5 0.5
Los principales problemas ligados a la simulación del Mantaro van ligados a un exceso de agua simulada en las subcuentas, esto se podría arreglar con una simulación individual a cada sub cuenca o en general aumentar la salida de agua del sistema Mantaro en general (aumentar la ETP o la infiltración del agua sub suelo sin que se convierta en caudal base).
Dw
Sw
Et =f(z1, Kc, PET)
Interflow =f(z1, Ks, 1-f)
Baseflow =f(z2, Kd)
P Plant canopy
Pe = (P, Snow Accum,Melt rate)
Percolation =f(z1, Ks, f)
SurfaceRunoff =f(z1, RRF, Pe)
z1
z2
Kc = Crop coefficient
Sw = Root zone capacity
Ks = Root zone conductivity
Dw = Deep water capacity
Kd = Deep water conductivity
RRF = Runoff Resistance Factor
f = Flow direction (% horizontal)
z1, z2 = storage fractions
Dw
Sw
Et =f(z1, Kc, PET)
Interflow =f(z1, Ks, 1-f)
Baseflow =f(z2, Kd)
P Plant canopy
Pe = (P, Snow Accum,Melt rate)
Percolation =f(z1, Ks, f)
SurfaceRunoff =f(z1, RRF, Pe)
z1
z2
Kc = Crop coefficient
Sw = Root zone capacity
Ks = Root zone conductivity
Dw = Deep water capacity
Kd = Deep water conductivity
RRF = Runoff Resistance Factor
f = Flow direction (% horizontal)
z1, z2 = storage fractions