apoyo a la planificación de recursos hídricos. modelos y

APOYO A LA PLANIFICACIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS.
MODELOS Y PROYECTO AGUANDES-QUITO
Jean-Christophe Pouget, Roger Calvez y Patrick Le Goulven
IRD Ecuador, Whymper 442 y Coruña, Apartado 17.12.857, Quito, tel.: (5932) 250 48 56, fax: (5932)
250 40 20, UMR G-EAU [email protected]; [email protected]; [email protected].
RESUMEN
El desarrollo de métodos y herramientas para la ayuda a la gestión y a la planificación de los recursos
hídricos es un proyecto fundador del equipo IRD del laboratorio de investigación G-EAU de Francia
(Gestión del Agua, Actores y Usos). Dicho equipo ha desarrollado la plataforma de modelización HyD, la
cual permite representar distintos tipos de obras hidráulicos, simular varios métodos de repartición y simular
en particular los impactos de los cambios voluntarios como el cambio de reglas o soportados como el cambio
climático. Detallaremos las bases de los modelos y los diversos modos de manejo que pueden ser simulados
en base a casos concretos de aplicación en Francia, Caribe y Pakistán. Al final presentaremos AguAndesQuito, un proyecto de investigación destinado a favorecer una gestión integrada de recursos hídricos.
Palabras claves: Modelos de repartición, simulación, evaluación oferta-demanda, manejo de cuencas.
ABSTRACT
The development of methods and tools to support water resources planning and management decisions is a
core project of the IRD team of G-EAU Joint Research Unit. This team has developed the HyD modeling
environment, which allows to represent various types of water projects, to simulate several operation modes
and to simulate especially the impacts of voluntary changes as the change of operation rules or supported
changes as the climatic change. We will detail to the principle of models and the various management modes
that can be simulated with examples treated in France, the Caribbean and Pakistan. We will present
AguAndes-Quito, a research project destined to favor an integrated water resources management.
Key words: Allocation models, simulation, offer-demand evaluation, watershed management.
SOBRE EL AUTOR PRINCIPAL
Jean-Christophe Pouget: Es ingeniero en Hidrología, IRD, laboratorio G-EAU en Montpellier y en Quito
desde julio de 2007. JC Pouget dirige actualmente el desarrollo de distintas plataformas de modelización de
apoyo a la gestión integrada de cuencas, en el laboratorio G-EAU (Gestión del Agua, Actores y Usos). Sus
centros de interés se refieren a la ayuda a la planificación y la gestión de los recursos hidráulicos, a la
modelización por objetos de sistemas complejos. Es el autor de plataformas informáticas de apoyo a la
repartición de los recursos hidráulicos, permitiendo la construcción interactiva de distintos sistemas de
recursos en agua, la simulación de su funcionamiento (con o sin optimización numérica) y la evaluación de
sus resultados. Ha dirigido distintas aplicaciones de sus modelos en varios países (cuenca del Indus en
Pakistán, cuenca del Walawe en Sri Lanka, cuenca de la montaña negra en Francia) y participó en distintos
proyectos de investigación incluido el proyecto europeo WARSYP.
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
1
INTRODUCCIÓN
En el manejo de los recursos hídricos, se pueden
identificar 3 componentes (Figura 1.):
ƒ
ƒ
ƒ
la cuenca que condiciona la oferta en agua
con su variabilidad espacio-temporal,
los usos y sus prácticas que condicionan las
demandas de agua y su prioridades,
Las obras hidráulicas que movilizan y
comparten el recurso.
El manejo tiene una posición central ya que cubre
distintos aspectos: técnicos, reglamentarios,
económicos, participativos que pueden referirse a los
3 componentes.
ƒ
previstas, y del calendario de sus
realizaciones;
la gestión operativa, o sea el arreglo del
funcionamiento de las obras con el fin de
satisfacer los objetivos del sistema existente.
La plataforma de modelización HyD2002 fue
desarrollada por el equipo IRD, DIVHA (Dinámicas,
Impactos y Valorización de las Obras Hidráulicas),
con el fin de representar distintos tipos de obras
hidráulicas y probar distintos métodos de
repartición.
Presentamos en primer lugar las bases de la
representación y de la simulación de los modelos de
repartición con distintas aplicaciones del modelo
HyD2002. A continuación se expondrán las distintas
evoluciones actuales de las herramientas y las
grandes orientaciones del proyecto AguAndesQuito.
LOS MODELOS DE REPARTICION
Representar distintos tipos de obras hidráulicas
Consideremos un primer ejemplo con obras
hidráulicas estudiadas en el marco del proyecto
europeo WARSYP (Pouget & al, 2001). El sistema
estudiado está situado en el sur occidental de Francia
entre la Montaña Negra y los pies de los Pirineos, en
la línea de división de las aguas entre el Océano
Atlántico y el Mediterráneo. La adaptación de esta
zona comenzó el siglo XVII con el fin de abastecer
el canal del Midi movilizando el agua de la Montaña
Negra.
Figura 1. los componentes de la gestión de
los recursos hídricos.
Los modelos de repartición de los recursos hídricos
ponen énfasis en el componente Obras hidráulicas.
Estos modelos tratan de la confrontación ofertademanda y de la repartición de los recursos hídricos
a nivel regional, sobre una o varias cuencas. Los
sistemas en cuestión están constituidos por
elementos de almacenamientos (superficiales y
subterráneos), de captación, de transportes (naturales
y artificiales), de utilización y consumo de agua.
Los modelos de repartición se utilizan como
herramientas de ayuda para:
ƒ
la planificación, o sea la definición de las
obras que deben realizarse para contestar a
las distintas necesidades constatadas o
Actualmente, las obras hidráulicas incluyen seis
embalses (Saint Ferréol 6.4 hm3, Lampy 1.7 hm3,
Cammazes 18.8 hm3, Ganguise 24.7 hm3, Montbel
60 hm3, Galaube 8 hm3) y conexiones intercuencas
en el límite de Naurouze. Estas obras sirven a la
alimentación de agua potable, al riego, a las áreas de
recreación, a la navegación sobre el Canal del Midi,
y al mantenimiento de caudales reservados en los
ríos. Las demandas en agua urbana e industrial
alcanzan 45 millones de m3 al año. Los proyectos
prevén la extensión de la zona de riego (3000 Ha al
año) y el aumento del servicio en agua potable (2
hm3 al año).
Estas obras hidráulicas son modeladas por la adición
sucesiva de distintos componentes. El esquema
topológico del sistema (véase Figure 2.) está así
definido por:
ƒ nudos : los embalses, las demandas
consumidoras para las necesidades de agua
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
2
ƒ
potable, agrícolas y de navegación, las
demandas no consumidoras con el fin de
representar algunos apoyos de estiaje,
uniones para los aportes, confluencias,
captaciones de agua, etc;
vínculos hidráulicos: arcos superficiales para
los canales, los conductos, arcos naturales
para los canales del río.
Todos estos objetos son descritos por sus
características estructurales (capacidad de embalse,
capacidad de tránsito, etc.) y propiedades de gestión
que representan, en particular, los objetivos que
deben satisfacerse (nivel del embalse, prioridades de
las demandas, etc.).
Figura 2. Sistema Montaña Negra - Lauragais.
Simular distintos métodos de gestión
Los objetivos que deben satisfacerse
Consideramos un ejemplo muy simple con el fin de
ilustrar los objetivos que deben ser cumplidos (véase
Figura 3.). Distintas demandas son representadas
con prioridades jerarquizadas. Una demanda puede
dividirse en varios niveles de prioridad. Así la
distribución del 90% de la Demanda consumo 1, que
podría ser agua potable, se define como altamente
prioritaria, el 10% restante lo es mucho menos. Estas
prioridades son muy relativas.
En el embalse, pueden identificarse distintas zonas
de manejo: una zona alta que se quiere conservar
vacía para la amortización de las crecidas, una zona
de funcionamiento normal, una zona de restricción
sobre las demandas servidas.
Según la zona, el excedente, o el déficit de volumen
de agua con relación a un almacenamiento objetivo
va a penalizar más o menos al buen funcionamiento
del sistema.
Una decisión de manejo del embalse puede influir
sobre el cumplimiento de los objetivos en el futuro,
con un horizonte de varios meses a varios años
según el tamaño de las reservas.
Es necesario tener en cuenta la variabilidad
hidrológica para regular las fórmulas de manejo de
las obras hidráulicas.
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
3
Figura 3. Un ejemplo muy simple.
Simulación del funcionamiento
HyD2002 permite simular y probar la aplicación de
modos de gestión sobre largas series temporales de
aportes, consideradas como representativas del
riesgo hidrológico. La verificación de los objetivos
se hace a posteriori. Los modos de manejo van a
modificarse, a medida de las simulaciones, para
mejorar o posicionar el cumplimiento de los
objetivos. El método de decisión empleado, se
parece a una simulación del manejo táctico de las
obras hidráulicas. Las simulaciones pueden
efectuarse mensualmente, cada diez días o cada día
según el objetivo del estudio y los datos disponibles.
Existen otras plataformas de ayuda a la repartición
de los recursos hídricos: MODSIM (Labadie & al.,
2001), MikeBasin (www.dhisoftware.com), Ribasim
(www.wldelft.nl/soft), Aquatool (www.upv.es), etc.
Estas plataformas genéricas difieren por las
posibilidades de representación, en términos de tipo
de objetos y fórmulas de manejo, y por los
algoritmos de cálculo utilizados en los modelos.
Todos estos cálculos se basan en el principio de la
conservación de los volúmenes y de respeto a las
obligaciones de tránsito, pero pueden recurrir o no a
la optimización digital para la toma en cuenta de las
prioridades de gestión.
Los tipos de objetos propuestos por HyD2002 están
representados en el diagrama de la figura 4. La
plataforma posee un modelo básico que no recurre a
algoritmos de optimización.
La idea de la plataforma, como lo veremos en el
párrafo Utilización de la optimización, es poder
probar métodos de repartición más complejos.
El principio del modelo básico de HyD2002 se basa
en la definición de 2 tipos de objetos flujo en los
vínculos hidráulicos: un objeto flujo_recursos
constituido a partir de la lista de las partes de
recursos movilizadas que transitan en un arco, un
objeto flujo_demandas constituido a partir de la
lista, clasificada por prioridad, de fracciones de
demandas abastecidas por este vínculo. Estos objetos
flujo_demandas permiten hacer subir de manera
dinámica las demandas hacia los recursos. El cálculo
consiste en recorrer la red de arriba hacia abajo
definiendo los flujo_recursos, que dan entonces los
flujos efectivamente distribuidos, a partir de los
flujo_demandas y en cumplimiento de exigencias
físicas (conservación de los volúmenes, límite de
tránsito, etc.) y de manejo (prioridades de las
demandas, fórmulas de relleno de los embalses, etc.)
vinculadas a los objetos tratados.
Las fórmulas de manejo en cuestión son más o
menos complejas según los sistemas estudiados y la
finalidad de su estudio. Las aplicaciones presentadas
a continuación ilustran las múltiples posibilidades de
representación.
Utilización de la optimización
Figura 4. Tipos de objetos en HyD2002.
La optimización digital tiene por objeto minimizar
una función objetiva bajo la exigencia del respeto de
las ecuaciones que garantizan la conservación de la
masa a todos los nudos y la limitación de tránsito en
todos los arcos. La función objetiva es una ecuación
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que corresponde a la suma de términos relativos a
las desviaciones (déficits o excedentes) con relación
a niveles objetivos (curva objetivo del embalse,
niveles de demandas, etc.), desviaciones ponderadas
por un coeficiente de penalización (o de costo). Los
coeficientes de penalidades representan los órdenes
de prioridad relativos.
La optimización puede referirse a decisiones de
repartición a medio plazo, de ahí el nombre de
optimización del manejo estratégico. Las ecuaciones
que deben considerarse se refieren entonces a un
horizonte de toma de decisiones de varios meses a
varios años según el tamaño de los embalses en el
sistema:
∑ t [ ∑ i ∈ Embalse ( ∑ m ∈ Zona ( λ+imt . Excedente imt) )
+ ∑ i ∈ Embalse ( ∑ m ∈ Zona ( λ-imt . Déficit imt) )
+ ∑ d ∈Demanda ( ∑ n ∈ Nivele ( δ dnt . Déficit dnt ) ) + ... ]
Las limitaciones son numerosas: necesidad de
adaptar coeficientes de penalidades cuya calibración
no es evidente, hipótesis sobre las contribuciones
futuras, paso de la estrategia a la táctica.
Las utilizaciones y los métodos de optimización son
distintos. MODSIM utiliza por ejemplo la relación
de Lagrange para calcular la repartición de los flujos
sobre un intervalo de tiempo (Labadie & al, 2001).
Otro ejemplo, la “Compagnie d'aménagement des
coteaux de Gascogne” (CACG) utiliza, como
primera etapa de la gestión estratégica, la
programación dinámica estocástica para la
optimización del funcionamiento del sistema
"Neste" resumido a un embalse y una salida.
En la gestión operativa de este sistema complejo
(embalses, canales, cursos de agua, 50.000 Ha de
riego, 200.000 habitantes abastecidos en agua
potable), la CACG distingue en efecto:
ƒ
ƒ
"el manejo estratégico que es un manejo de
los riesgos. Consiste, en tiempo real, en
adaptar la demanda a los recursos
disponibles… el intervalo entre 2 decisiones
puede variar del día al mes;
el manejo táctico que es un manejo de la
distribución del agua. Consiste en adaptar
los caudales efectuados a partir de las obras
para responder lo mejor posible a la
demanda.
El acoplamiento entre los 2 tipos de gestión pasa por
la representación de la red hidrográfica del conjunto
estratégico en conjuntos tácticos." (Labadie & al.,
2001).
El enfoque adoptado bajo HyD2002 utiliza la
optimización de la gestión estratégica por
programación lineal y considera la misma
representación de los sistemas entre gestión
estratégica y gestión táctica. Por ejemplo, en el
sistema Montaña Negra Lauragais, presentado en la
Figura 2, se simularon numerosos métodos de
aplicación de decisiones tácticas condicionadas por
la optimización del manejo estratégico sobre 65 años
de series temporales de aportes (Pouget & al., 2001).
En particular, diferentes simulaciones se han llevado
con optimización del manejo estratégico sobre
horizontes deterministas constituidos por valores
históricos de los aportes. Estas simulaciones nos
colocan en el caso irrealista de un futuro
completamente conocido. Estas simulaciones
proporcionan una referencia en las pruebas
efectuadas. Estas pruebas se refieren al paso de la
estrategia a la táctica (simulaciones por períodos de
diez días y diario), sobre la elección de métodos de
predicción
pertinentes
para
el
horizonte
determinista, etc.
En el caso de la optimización del manejo estratégico
sobre horizontes de toma de decisiones
deterministas, el recurso al formato normal MPS
(Mathematical Programming System) permite
utilizar distintos software de programación lineal
(DeSa, 2002). Las simplificaciones introducidas para
la resolución por la programación lineal parecen
aceptables respecto a la incertidumbre en el futuro.
La consideración de esta incertidumbre puede
complicar mucho estas técnicas. Por ejemplo, en el
caso del programa europeo WARSYP (Pouget & al.,
2001), el objetivo consistía en utilizar la
optimización en una gama de situaciones generadas
para representar el comportamiento estocástico de
los aportes y demandas. El uso de un modelo de
simulación, reproduciendo la integración de las
tomas de decisiones estratégicas y tácticas, es
importante con el fin de probar en particular los
métodos de optimización del manejo estratégico.
Evaluar la satisfacción de los objetivos
Distintos tipos de resultados
La evaluación de los resultados de distintos métodos
de manejo se basa en el análisis de los resultados de
simulación, en particular, en términos de intensidad,
duración, y frecuencia de los periodos de no
satisfacción de los objetivos. Se puede así estudiar la
frecuencia de aparición de fallos (fiabilidad), la
amplitud de los déficits (vulnerabilidad) y la
duración de las penurias (flexibilidad).
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
5
HyD2002 proporciona distintos indicadores globales
de la distribución. Es posible comparar resultados
sintéticos entre varios componentes, detallar el
funcionamiento de puntos particulares, o comparar
gráficamente alternativas de manejo (Figura 5.).
demandas no consumidoras (demandas objetivos) y
demandas ecológicas (caudales reservados) y los
siguientes valores característicos:
ƒ
ƒ
Ejemplo de resultados globales
ƒ
Como ejemplo, en las pruebas sobre el sistema
Montaña Negra - Lauragais, la comparación en
primer análisis entre las simulaciones se referían a
los resultados globales de déficit. Los cuadros
recapitulativos distinguen demandas consumidoras,
ƒ
déficit total: porcentajes de déficit sobre la
totalidad del período simulado;
déficit máximo anual: porcentajes de déficit
sobre el año con el máximo de déficit;
déficit más largo: porcentajes de déficit en el
período más largo con déficit consecutivo;
déficit máximo mensual: porcentajes de
déficit en el mes con el máximo de déficit.
Figura 5. Distintos tipos de resultados.
APLICACIONES
Planificación de las aguas en Guadalupe
Contexto
La complejidad creciente de los sistemas de agua en
Guadalupe, en particular, para el riego, y la fuerte
variabilidad espacio-temporal de las precipitaciones
condujeron al ORSTOM a proponer la elaboración
de un sistema soporte de decisión (SSD) en materia
de planificación de recursos hídricos. El Consejo
General de Guadalupe cofinanció el desarrollo de
esta herramienta, denominada Hydram, con el fin de
ayudar a la planificación de las aguas en la isla.
Hydram se utilizó así en la elaboración del Esquema
de Utilización de las Aguas de Guadalupe (Dezetter
& al, 1994).
Los servicios técnicos del Consejo General de
Guadalupe disponen de la plataforma de
modelización HyD, nueva versión de la herramienta
correspondiendo a la generalización de los métodos
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de manejo y utilizando el lenguaje de programación
objeto Java.
Modelización
El tutorial de la guía del usuario de HyD2002
(www.mpl.ird.fr/divha/hyd2002.htm)
utiliza
el
ejemplo de Guadalupe con el fin de ilustrar la
utilización del sistema en la ayuda a la planificación.
HyD2002 permite representar y evaluar los
resultados de las obras hidráulicas existentes, que
movilizan el agua del norte de Basse-Terre para el
riego y la distribución de agua potable de GrandeTerre. El sistema propone de probar distintas
alternativas para responder a la evolución de las
demandas con el fin de planificar la movilización de
nuevos recursos y la construcción de nuevos
embalses.
Un estudio preliminar de sensibilidad puso de
manifiesto que era preferible simular el
funcionamiento de las obras hidráulicas en un
período de diez días con el fin de evitar alisados si
las pruebas son efectuadas mensualmente.
La variabilidad hidrológica está representada por 29
años de series temporales de lluvias y de aportes por
períodos de diez días. La reconstitución de series
temporales
de
contribuciones
naturales
concomitantes a los distintos puntos de movilización
es un trabajo previo importante.
Las necesidades de riego son modeladas por objetos
Consumos de agua cuya demanda está constituida
por la serie temporal de los cúmulos de las
demandas teóricas para el conjunto de los cultivos
para cada zona de riego. Estas demandas teóricas se
calculan a partir de la superficie regada, su
localización, la lluvia y la evaporación en la zona
estudiada, y el tipo de cultivo (cultivos de la huerta,
4 rotaciones de caña de azúcar, forraje).
Las necesidades de agua potable son modeladas por
objetos Consumos en agua que representan las
plantas de tratamiento al comienzo de las redes de
aducción de agua de las comunas. Las demandas son
por tanto sensibles al rendimiento de estas redes. Se
prueban así las alternativas correspondientes a los
tramos de producción de las plantas para un
rendimiento del 50% y del 65%.
Figura 6. Ayuda a la planificación de las aguas en Guadalupe.
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
7
En la jerarquía de los objetivos, se definen todas las
demandas de un mismo tipo con las mismas
prioridades. Así para las necesidades de agua
potable, un 90% de la demanda se define como
altamente prioritaria, el 10% restante tiene la misma
prioridad que la mitad más prioritaria de riego. Se
efectúan distintas alternativas jugando con las
prioridades de los caudales reservados.
La movilización relativa de los recursos se calcula a
prorrata de las capacidades de tránsito definidas en
los vínculos hidráulicos río arriba de las conexiones
convergentes correspondientes. Como la capacidad
de tránsito está definida como variable mensual, es
posible fijar la parte de las demandas abastecidas por
un recurso para un determinado período del año y no
movilizar este recurso el resto del año definiendo
como nula la capacidad de tránsito del vínculo
correspondiente.
Cuenca del Indus en Pakistán
Contexto
En el marco de una tesis, titulada "Scope for
reallocation of river waters for agriculture in the
Indus basin ", Z.Habib utilizó HyD2002 con el fin
de probar distintas distribuciones de los recursos del
Indus en Pakistán. Esta cuenca, controlada en parte
aguas arriba por la India, es muy modificada por
acciones humanas: se movilizan más del 75% del
agua superficial para la agricultura (20 millones de
hectáreas en el 2001) y otros usos, se construyeron
numerosos canales de derivación con el fin de
transferir agua entre los ríos del oeste y el este.
Modelización
El esquema topológico de la cuenca (Figura 7.) es
definido por:
ƒ
ƒ
arcos superficiales que representan los
distintos canales de derivación, y arcos
naturales que modelan distintos tramos del
canal del Indus y sus afluentes;
nudos superficiales : las dos embalses aguas
arriba del Tarbela (12 km3) y Mangla (7.5
km3); nudos conexiones que representan las
confluencias y las distintas tomas en los
cursos de agua; consumos de agua
(cuadrados verdes en la figura 7.) que
representan las demandas de riego a la
entrada de los canales principales de los
perímetros (las series temporales de
demandas mensuales fueron elaboradas
previamente), de las demandas no
consumidoras (cuadrados amarillos en la
figura 7.) que representan la variación
estacional de los caudales objetivos que
deben transitar en los canales.
Figura 7. Cuenca del Indus en Pakistán.
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
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Es la definición de estas demandas objetivas y de las
prioridades asociadas que condiciona la repartición
del agua en el sistema: parte de los aportes derivados
hacia el este y equidad entre las provincias del norte
y el sur. Simulaciones mensuales en el período
1978-1999 permiten así comprender y comparar
distintos métodos de repartición: distribuciones
observadas, política de gestión oficial, etc.
Las nuevas plataformas utilizan una interfaz de
utilización avanzada para la navegación y la
visualización de los objetos, basada sobre une
biblioteca de componentes informáticas, con el
objetivo final de facilitar la comunicación entre
modelos de varios tipos (Pouget & al., 2006 a).
En este caso solamente se consideró la repartición de
las aguas superficiales. Viendo la complejidad y la
falta de información sobre los acuíferos, no se ha
modelado la movilización de las aguas subterráneas.
Esta movilización es importante en algunos
perímetros, se relativizan por tanto los resultados
obtenidos en los déficits para el riego.
AguAndes es un proyecto de investigación destinado
a favorecer una gestión integrada de recursos
hídricos (GIRH) en cuencas andinas. La principal
cuenca experimental corresponde a la Hoya de Quito
en Ecuador. Quito está localizado en la cuenca interandina del Guayllabamba, a más de 2800 m de
altura. Esta cuenca fue seleccionada por las razones
siguientes:
EVOLUCIONES EN CURSO Y
PREVISTAS
Evoluciones en curso
En la introducción, hemos visto que podemos
considerar 3 componentes principales en la gestión
de los recursos hídricos. Hemos desarrollado otras
plataformas de modelización enfocadas sobre esos 3
componentes.
El primero, HydroStruct referente a las
estructuraciones físicas de las cuencas en particular a
la jerarquización de los ríos dependiendo de la
proximidad de las fuentes (Cudennec & al., 2006).
Podemos notar que el artículo del IAHS ha recibido,
en julio pasado, el precio Tison 2007, quien
recompensa los mejores jóvenes investigadores en
hidrología (ver Prizes en www.cig.ensmp.fr/~iahs/).
Este protocolo esta desarrollado a fin de ligar
fácilmente las características geomorfométricas con
el análisis hidrológico y acercamientos de
modelización lluvia-escurrimiento usando las
funciones de transferencia geomorfológicas.
Referente a los usos agrícolas, ZonAgri permite
representar actividades agrícolas de une región y
probar escenarios de evoluciones de estas
actividades sobre varios años. La representación se
basa en una topología de las explotaciones agrícolas
y de las unidades de producción (Pouget & al.,
2006 b).
HyD-Pro es la nueva versión de modelos de
repartición de recursos hídricos que estamos
desarrollando. Su objetivo final es poder simular
dinámicas de evolución de los sistemas y probar los
resultados teniendo en cuenta la variabilidad
hidrológica.
El proyecto AguAndes-Quito
1. un crecimiento muy alto de la población que
transforma zonas agrícolas en áreas urbanas;
2. varios sectores de demanda en agua en
concurrencia: irrigación, agua potable,
energía hidroeléctrica, industria, ecoturismo;
3. la movilización de los recursos altos de la
sierra en áreas ecológicas sensibles y en
particular en zona de Páramo;
4. una voluntad política de reorganizar la
gestión del agua en Ecuador, tomando a la
hoya de Quito como proyecto piloto (Lloret,
2005);
5. un gran proyecto de nuevas infraestructuras.
El Proyecto Ríos Orientales (PRO, véase
Figure 8.) propuesto por el EMAAP-Q tiene
como objetivo el recoger de un flujo total de
17 m3/s a partir de 31 ríos de la cuenca
amazonia. Este proyecto se presenta como la
única alternativa para proveer el agua
potable del distrito metropolitano de Quito
desde 2015 hasta 2055 (Ayabaca, 2006).
Los diversos pasos de nuestro trabajo son:
1. observar, caracterizar y modelar la
asignación de recursos de agua en la cuenca
y co-construir un sistema de ayuda de
decisión adaptado para la GIRH;
2. contribuir a la estructuración institucional
para el manejo de la cuenca;
3. capacitar a socios y estudiantes con métodos
y herramientas del manejo integral.
Varias actividades de la investigación se desarrollan
dentro del primer paso:
1. el estudio de la biodiversidad de los ríos
amazonias
para
proponer
caudales
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
9
ecológicos y asegurar un desarrollo
ambiental sostenible (Fossati y Calvez,
2006);
2. el estudio socioeconómico de las actividades
agrícolas regionales y previstas basadas en
una topología de las explotaciones agrícolas
y de las unidades de producción;
3. la generación de las series temporales de
aportes de la sierra que consideren cambios
globales. Este trabajo podría usar un
acercamiento hidro-geomorfológico con la
colaboración de C.Cudennec;
4. la construcción y la evaluación de modelos
de repartición de recursos hídricos.
mejorar la respuesta a los expectativas de la cuenca
de Quito para optimizar la gestión de los recursos
actual, para simular el uso de los nuevos recursos
(transferencia de la cuenca Amazonia), el impacto
de los cambios climáticos que modificarán recursos
y usos o de la instalación de nuevas reglas de
manejo para tomar cuenta de los requisitos de una
política de GIRH.
Las dinámicas de evolución del sistema de la hoya
de Quito (urbanización, estrategias de desarrollo
agrícola, etc.) van a estudiarse con el fin de discutir
y evaluar escenarios de desarrollo y la durabilidad
socioeconómica y medioambiental de este sistema.
En este contexto el estudio del Proyecto Ríos
Orientales (PRO) parece interesante. El PRO, que
está en el final de la fase de estudios del pre
factibilidad, se introduce por el EMAAP-Q como el
único alternativa desde 2015 para hacer frente al
aumento en la población. Los trabajos principales
del PRO se consisten (Ayabaca, 2006):
a) 3 reservas de regulación multianual de 60
M.m3 del volumen útil total;
b) más de 90 kilómetros de conductos y de
túneles de las fuentes en la estación
principal del tratamiento, incluyendo 20
kilómetros de túneles transcordillera;
c) más de 33 kilómetros de conductos hasta los
puntos de la aducción de Quito y de otras
comunas que se servirán.
d) la construcción de las centrales eléctricas
trata de aumentar la producción eléctrica de
Ecuador y en asegurar lo beneficioso
financiero del proyecto.
Figura 8. Parte del sistema de recursos
hídricos de Quito & alternativas del
Proyecto Ríos Orientales (fuente EMAAP-Q).
Proponemos utilizar inicialmente HyD2002 con otro
software como WEAP (Yates & al., 2005) y
MODSIM (Labadie & al., 2000) para entrenar a los
socios y a los estudiantes a los varios problemas y
desafíos de la repartición de los recursos hídricos a
partir de la modelización del sistema de los recursos
en agua de la hoya de Quito.
Al mismo tiempo, el desarrollo de la biblioteca HydPro será continuado bajo la dirección de J.C. Pouget,
con la ayuda de un especialista en informática de
Ecuador, para substituir HyD2002. Este desarrollo
va proporcionar nuevas funcionalidades a fin de
Según los estudios del pre factibilidad, el costo total
del proyecto varía desde 630 a 1090 M. $, de aquí la
importancia de los estudios de planificación. Este
costo depende de las alternativas consideradas para
los niveles de captación y sus consecuencias sobre el
tamaño de los embalses, los conductos y los túneles.
La Figure 8 presenta tres alternativas (Ayabaca,
2006):
ƒ
ƒ
la alternativa alta, que debe recoger los ríos
más altos posibles (3420 m de altura), para
poder proveer el embalse de Cosanga. Se
considera un volumen útil para los 3
embalses (Tamboyacu, Maquimallanda y
Cosanga) de 58 M.m3.
la alternativa media, que recogería los ríos
arriba 100 m más bajo (3320 m de altura), y
no permitiría así el almacenaje de Cosanga y
requeriría un volumen útil de los 2 embalses
(Tamboyacu, Maquimallanda) de 60 M.m3.
Congreso Nacional de Hidraulica y 1ero de Manejo Integral de los Recursos Hídricos, Escuela Politécnica de Quito, nov. 2007
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ƒ
la alternativa baja, con captaciones
principales 100 m más bajo (3220 m de
altitud). El número de captaciones sería
reducir a 18 (en vez de 27) e implicaría un
volumen de la regulación útil de los 2
embalses (Tamboyacu, Maquimallanda)
cerca de 80 M.m3. Esta alternativa es
caracterizada por el uso casi exclusivo de
túneles, con un trazado de canalización
menos largo.
CONCLUSIONES
En los ejemplos presentados en este papel, como en
las aplicaciones clásicas de los modelos de
repartición, las pruebas se refieren a alternativas
donde se establecen algunos estados de obras
hidráulicos y modos de gestión. El funcionamiento
de las obras hidráulicas se simula sobre series
temporales que representan la variabilidad
hidrológica. La comprobación de los objetivos se
refiere a un análisis frecuencial de las series
generadas.
Ahora, sobre numerosos proyectos, conviene
estudiar dinámicas de evolución de los sistemas
(urbanización, estrategias de desarrollo agrícola,
etc.), con el fin de evaluar situaciones de desarrollo
y la durabilidad de estos sistemas (disminución de
las capas, degradación de la calidad, etc.). Estos
estudios implican el recurso a distintos tipos de
modelos y requieren eventualmente la simulación
sincronizada de modelos de repartición, con modelos
hidrológicos y modelos de usos.
Un objetivo general consiste en facilitar la
construcción, sobre cada caso de estudio y en
particular dentro el proyecto AguAndes-Quito, de
una plataforma de modelización que pueda recurrir a
varios modelos, eventualmente acoplados, con el fin
de explorar y discutir las alternativas de manejo,
teniendo en cuenta a la vez el riesgo hidrológico y
las evoluciones socioeconómicas y ambiental
(Pouget & al., 2004, 2006).
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