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El uso de la modelización para mejorar la calidad ambiental y la gestión integral de los recursos hídricos en

dos cuencas fluviales de la región central de CubaSamuel Alarcón Acá

Pablo Jiménez Gavilán

Departamento de Ecología y Geología, Facultad de Ciencias, Universidad de Má[email protected]

Barcelona-Terrassa 26 & 27 June

I International Conference on Water and Sustainability

mailto:[email protected]

Dificultad Gestión de los Recursos hídricosElevada Presión sobre los recursos disponibles

Elevado grado de regulación de las fuentes convencionales

Imposibilidad para incrementar los recursos sin recurrir a fuentesalternativas

Especialmente en territorios donde los periodos de escasez sonrecurrentes

I International Conference on Water and Sustainability | 1ª Congreso Internacional en Agua y sostenibilidad

Justificación del estudio

El uso de la modelización para mejorar la calidad ambiental y la gestión integral de los recursos hídricos en dos cuencas fluviales de la región central de Cuba

Escenario de estudio Dos cuencas fluviales en la región

central de Cuba

Intensa explotación (para uso agrícola,especialmente) impide que duranteaños deficitarios se pueda hacer frentea toda la demanda programada

Grandes limitaciones económicas,energéticas e infraestructurales delpaís

Gestión improvisada y a repartir eldéficit de forma sistemática durantelos periodos de escasez

Creación de mapas




3%

Objetivos Proponer soluciones factibles y medibles a la Paradoja: Elevada

capacidad de regulación (mayor embalse de todo el país –Zaza-)aunque padecen continuos problemas severos de desabastecimiento(agravado durante episodios de sequía)

Proyecto de “Estudio y mejora de la planificación y Gestión de losRecursos Hídricos en la cuenca del río Zaza (Cuba). Definición depolíticas y estrategias de adaptación a los futuros impactos del cambioclimático global (ESGEREHIZA)” del Programa de Voluntariado enCooperación Internacional para el Desarrollo de la Universidad deMálaga

Creación de mapas






Metodología

EVALUACIÓN DEL RECURSO

HÍDRICOSERIES DE

APORTACIONES SUP.

MODELOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

ESTIMACIÓN DE LAS

DEMANDAS

CARACTERIZACIÓN: VOLUMEN, CALIDAD…

ESTIMACIÓN DE

NECESIDADES AMBIENTALES

CONDICIONANTESSOCIALES

POLÍTICOS

OTROS…

TOPOLOGÍA DEL SISTEMA

INFRAESTRUCTURA

EMBALSES

CANALES

SISTEMAS DE APOYO A LA

DECISIÓN (DSS):

MODELOS DE OPTIMIZACIÓN Y

SIMULACIÓN

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVASPLANIFICACIÓN

GESTIÓN ÓPTIMA Y SOSTENIBLE

Trabajos

Reconocimiento de campo

Recopilación de información debase: análisis previos y series dedatos de las cuencas

Tratamiento y creación de basesde datos para diseñar el modelo –Excel

Representación cartográfica delterritorio – ARCGIS

Modelización de las cuencas deestudio – AQUATOOL+


• Contexto geográfico

Cuenca del río Zaza 155 km 2.413 km2

1.086 hm3

Interés nacional

Cuenca del río Jatibonico del Sur 119,5 km 768 km2

156 hm3

Interés provincial


Características del área de estudio

• Climatología Estación húmeda en verano Distribución bimodal Tipo convectivo (preferentemente) Ocurrencia de huracanes Influencia del Niño/Niña Alto riesgo de padecer los efectos del

cambio climático (IPCC, 2013)




Precipitación media mensual

• Geología de las cuencas

Dos niveles estructurales• Sustrato plegado (125 Ma – 35 Ma)

Asociación ofiolítica – igneo-plutónico (serpentinitas)

Arco volcánico – ígneo-plutónico (granodioritas) Secuencias de Terreno Placetas – sedimentario

(carbonato-terrígeno) Macizo Guamuhaya (carbonático–metamórfico)

• Nivel neoautóctono (35 Ma – act.) Formaciones sedimentarias (carbonato-

terrígenas)Límites poco precisos




• Elementos hidrológicosSuperficiales27 subcuencas (5 no reguladas)6 embalses4 obras ingenieriles destacables

Canal Magistral




• Elementos hidrológicos

Subterráneos9 acuíferos (8 incluidos)Asociados a unidades del

relieveAsociados a formaciones

geológicasCaracterización y gestión

insuficiente




• Usos del agua

90,2 %

8,8 %

1,0 %




Decision Support System (DSS) Modelo de cálculo SIMGES del programa

AQUATOOL+ Utilización conjunta Cálculo de garantías de demandas Imitación de las condiciones del sistema –

esquema topológicoNudos del sistema físico 79

Embalses 6

Tramos de río tipo 1 54

Tramos de río tipo 2 8

Aportaciones intermedias 38

Demandas consuntivas 97

Demandas no consuntivas 1

Acuíferos 8

Bombeos 8

Grupos Isoprioritarios 3

Aspecto del modelo de cuencas diseñado


Diseño del modelo de simulación


Criterios de garantía:• Mensual: fallos mensuales/fallos

totales – fallo: déficit > 1 %• Volumétrica: vol. entregado/vol.

demandado • IPH (2008): fallo cuando

- Déf. 1 mes > 8 % dem.- Déf. 10 años > 10 % dem. anual

• Cumplimiento garantía de demandas urbanas




Criterios de garantía:• Mensual: fallos mensuales/fallos

totales – fallo: déficit > 1 %• Volumétrica: vol. entregado/vol.

demandado –• “Utah DWR”: fallo cuando

- Déf. 1 año > 50 % dem.- Déf. 2 años > 75 % dem.- Déf. 10 años > 100 % dem. anual

• Cumplimiento garantía de demandas agrícolas

Escasa información hidrométrica

Tratamiento de información pluviométrica

Estimación de la precipitación media de cada subcuenca - Thiessen

Estimación de la escorrentía a partir del coeficiente de escorrentía – estación de aforo Paso Ventura

Generación de la base de datos de volúmenes mensuales para cada uno de los 27 aportantes

• Estimación de las aportaciones




Escasa información hidrogeológica

Estimación de la infiltración por subcuencas mediante balance hídrico I = P – E - ET

Estimación de la infiltración por acuífero mediante superposición de áreas

Generación de la base de datos de volúmenes mensuales para cada uno de los 8 acuíferos incluidos

• Estimación de las infiltraciones




0

200

400

600

800

1000

1200

set.-95 juny-98 març-01 des.-03 set.-06 juny-09 març-12 nov.-14

Cau

dal (

hm3 /m

es)

Periodo de simulación (oct.-95/dic.-14)

Simulado

Observado Simulación en condiciones reales

Hidrograma de entrada embalse Zaza –simulado/observado

Determinación de coeficientes• Coeficiente de determinación:

R2 = 0,67 – correlación alta• Coeficiente de eficiencia – Nash-

Sutcliffe:E = 0, 65 – calidad del modelo muy buena (0,6 < E < 0,8)

Posibilidades de aumentar el ajuste

• Calibración del modelo




Periodos húmedos/deficitarios

Volumen máximo y mínimo

Hidrograma anual bimodal

• Condiciones actuales. Comportamiento embalses Niveles muy inestables

Sistema desequilibrado

Cuotas de reparto preestablecidas

Evolución embalse Tuinucú


Resultado de las simulaciones


Evolución embalse Zaza

• Condiciones actuales. Cumplimiento garantías urbanas




Garantía de abastecimiento limitadas por escasez de las fuentes y limitaciones estructurales

Grados de cumplimiento de garantía heterogéneos

Cuanto mayor demanda, menor grado de cumplimiento

Emb. Tuinucú dispone del recurso en la fuente e incumple por capacidad de la planta potabilizadora

Robustez del suministro mediante bombeos en acuíferos

Irregularidad del suministro asociado al río Yayabo

• Condiciones actuales. Cumplimiento garantías agrícolas




Mejores índices de garantía para demandas agrícolas (consume 85% de los recursos disponibles) que para urbanas

Mayores garantías en la cuenca del Jatibonico que en la del Zaza (sobreexplotada)

Pérdidas en la red > 30%

Demanda agrícola cubierta por agua subterránea es mínima

Irregularidad de los suministros de las tomas directas superficiales

Establecidos por la EAH S.S. 2 fallos puntuales en 20 años Insuficientes – caso río Zaza (Caudal Generador)

Caudales ecológicos Condicionada por demanda Zaza Condicionada por nivel embalse 30,06 m cota mínima turbinado

Funcionamiento PCHE




• Condiciones actuales

Volumen mensual medio ríos Tuinucú y Zurrapandilla

Se proponen 2 alternativas de gestión opuestas

1) Mejorar el rendimiento de la explotación Implementar medidas que permitan aumentar las garantías de todas las

categorías de demanda Mantener presión de explotación

2) Mejorar el estado ambiental de las cuencas Aumentar los caudales ecológicos Reducir consumo Estabilizar los niveles en embalses




• Medidas propuestas (Alternativa 1)

Reducir 50 % pérdidas en conducciones Aumentar capacidad de la ETAP – 2,54 hm3

Asumir demanda urbana Yayabo Unificación cuotas demanda Sur del Jíbaro –

permitir al modelo realizar la asignación Bombeos desde acuíferos como suplemento Rebombeo hasta 1 m3/s aguas arriba presa Zaza –

2,56 hm3

Reducción resguardo avenidas presa Zaza – 49 hm3

Restricción 50 % Caudales Ecológicos en periodos deficitarios

Canales de riego sin revestir


Resultados de las simulaciones


Efectos positivos medidas

Aumento significativo volumen medio embalsado

Excepción Tuinucú – mayor explotación – mayor estabilidad




• Alternativa 1. Volumen embalsado

• Alternativa 1. Cumplimiento garantías agrícolas




Evolución de la garantía de la demanda agrícola resulta igualmente satisfactoria

Gran reducción delvolumen servido por elcanal Magistral

Mejoras implementadas enla red de canales, que hasupuesto un descenso del15% de la demanda bruta

• Alternativa 1. Cumplimiento garantías urbanas




Garantía de abastecimiento cumplen las expectativas

Menor consumo agrario

Aumento de capacidad de lapotabilizadora del Tuinucú

Destinar agua del embalseZaza como suplemento parademandas urbanasimportantes aguas arriba delpropio embalse

Entrega variable

Se entrega menos agua – reasignación modelo

Se turbina más – mejora nivel embalse Zaza


Sección


• Alternativa 1. Funcionamiento PCHE

• Medidas propuestas (Alternativa 2) Construida sobre la alternativa 1

Restricción de hasta un 40% demandas agrícolas

Reducción permanente del 10% de la asignación al C.A.I. Sur del Jíbaro

Duplicación caudales ecológicos


Resultados de las simulaciones


Equilibrio entre alternativa 1 y 2 Efecto reducción resguardo avenidas Situaciones de escasez menos severas – 20 hm3




• Alternativa 2. Comportamiento embalse Zaza

Mayores esfuerzos para embalses pequeños Marco propicio al cumplimiento de los caudales mínimos Aumento también en la estación húmeda




• Alternativa 2. Caudales ecológicos

Satisfacción menor

OcasionalmenteDéficit > Medida de ahorro

Repercusión en el resto de usos y funciones




• Alternativa 2. Comportamiento demandasAnálisis de la satisfacción de la demanda agrícola Sur del

Jíbaro tras la aplicación de la regla de ahorro

1. La disponibilidad de infraestructuras solventes es igual de importante que la planificación de la explotación para la gestión de cuencas

2. A mayor caracterización y disponibilidad de datos, mejor modelización3. El análisis de resultados verifica la insostenibilidad de la explotación4. Ha sido posible probar el aumento del rendimiento de la explotación, a la vez que

se mejoran los niveles en embalses con la implementación de medidas realizables a corto-medio plazo

5. La priorización del estado ambiental de la cuenca justifica la reducción de la asignación agrícola frente a la baja eficiencia de riego actual

• Se proponen como estudios futuros: Caracterización hidrogeológica de las cuencas (acuífero carbonático de Guamuhaya) Caracterización de todos los requerimientos ambientales que justifique el aumento de caudales

mínimos


Conclusiones y estudios futuros


¡Gracias por su atención!

“Hasta un emperador, privado de agua, se vería pronto reducido a polvo. El agua es el auténtico monarca y todos somos sus esclavos”.

Salman Rushdie – La Encantadora de Florencia


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