Metodología para el balance hidrológico Proyecto SYWAG
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SYWAG (System of Water Accounting in Guadalquivir River Basin) Dec 2014 Metodología para el balance hidrológico Proyecto SYWAG (System of Water Accounting in Guadalquivir River Basin) Proyecto: 0329/2013/671250/SUB/ENV.C (DG ENV-Comisión Europea) Informe elaborado por: ---------------------- (EVREN) Fecha: 02/01/2015 Objeto: Informe final Consorcio: Contenido 1. Resumen ................................................................................................................................ 1 2. Procesamiento de las variables hidrológicas modelizadas ................................................... 2 2.1 Variables hidrológicas del modelo de balance hidrológico global SIMPA .......................... 2 2.1.1. Descripción del modelo ............................................................................................... 2 2.1.2. Tratamiento de datos de las variables hidrológicas SIMPA ........................................ 2 2.1.3. Resultados del análisis de variables SIMPA ................................................................. 4 2.2 Almacenamiento superficial de recursos .......................................................................... 15 2.2.1. Fuentes de datos ....................................................................................................... 15 2.2.2. Resultados del análisis de reservas en embalses. .................................................... 15 2.3 Flujos de interacción entre recursos ................................................................................. 16 2.3.1. Flujo desde ríos a embalses ...................................................................................... 16 2.3.2. Flujo desde embalses a ríos ...................................................................................... 17 2.3.3 Otros flujos entre recursos ......................................................................................... 18 2.4. Recursos subterráneos en acuíferos. ............................................................................... 18 2.4.1. Fuentes de datos ....................................................................................................... 18 2.4.2. Datos de piezometría de referencia ............................................................................ 2 2.4.3. Análisis de reservas de recursos subterráneos ........................................................... 2 2.5 Contribución nival ............................................................................................................... 2 2.5.1. Fuente de datos........................................................................................................... 2 2.5.2. Resultados del análisis de reservas nivales y aportación ........................................... 3 2.6 Salidas al mar....................................................................................................................... 4 2.6.1. Fuente de datos........................................................................................................... 4 2.6.2. Resultados de análisis de salidas al mar...................................................................... 5 3. Descripción y comentarios al proceso de ajuste y cierre de balance ................................... 5 4. Referencias ............................................................................................................................ 8 Índice de tablas Tabla 1 – Ejemplo de inclusión de datos SIMPA. Tablas 2 y 3 – Series de precipitación y evapotranspiración real en la DHG. Tablas 4 y 5– Series de escorrentía superficial y subterránea en el periodo de estudio Tablas 6 y 7– Series de infiltración y reserva de humedad en el suelo en el periodo de estudio Tabla 8 – Serie de reservas en embalses s/ Anuarios Hidrológicos de la CHG. Tabla 9 – Serie de aportaciones a embalses s/ Anuarios Hidrológicos de la CHG. Tabla 10 – Estado inicial de embalses, aportaciones a embalse desde ríos y salidas de embalses hacia ríos. Tabla 11 – Estado inicial de embalses, aportaciones a embalse desde ríos y salidas de embalses hacia ríos. Tabla 12 – Ejemplo de inclusión de datos nivales en la tabla de balance. Tabla 13 – Salidas al mar desde río y acuífero a reflejar en el balance. Tabla 14 – Identificación y desglose de flujos de interacción según origen /destino. Tabla 15 – Orden de balance por componente del recurso. Índice de figuras Figuras 1– Mapas de distribución de precipitación en la cuenca, año promedio. Figuras 2– Mapas de distribución de precipitación en la cuenca, año máximo. Figuras 3– Mapas de distribución de precipitación en la cuenca, año mínimo. Figuras 4– Mapas de distribución de evapotranspiración real en la cuenca, año promedio. Figuras 5– Mapas de distribución de evapotranspiración real en la cuenca, año máximo Figuras 6– Mapas de distribución de evapotranspiración real en la cuenca, año mínimo. Figuras 7– Mapas de distribución de escorrentía superficial en la cuenca, año promedio. Figuras 8– Mapas de distribución de escorrentía superficial en la cuenca, año máximo. Figuras 9– Mapas de distribución de escorrentía superficial en la cuenca, año mínimo. Figuras 10– Mapas de distribución de escorrentía subterránea en la cuenca, año promedio. Figuras 11– Mapas de distribución de escorrentía subterránea en la cuenca, año máximo. Figuras 12– Mapas de distribución de escorrentía subterránea en la cuenca, año mínimo. Figuras 13– Mapas de distribución de infiltración en la cuenca, año promedio. Figuras 14– Mapas de distribución de infiltración en la cuenca, año máximo. Figuras 15– Mapas de distribución de infiltración en la cuenca, año mínimo. Figuras 16– Mapas de distribución de humedad del suelo en la cuenca, año promedio. Figuras 17– Mapas de distribución de humedad del suelo en la cuenca, año máximo. Figuras 18– Mapas de distribución de humedad del suelo en la cuenca, año mínimo. Figura 19 – Mapa de Unidades hidrogeológicas y su tipología en la cuenca del Guadalquivir Figura 20 – Cuenca nival del Alto Genil. Índice de gráficas Gráficas 1 y 2 – Evolución de la precipitación y evapotranspiración real en el periodo de estudio. Gráficas 3 y 4 – Evolución de los volúmenes de escorrentía superficial, subterránea e infiltración. Grafica 5– Serie de Infiltración y humedad del suelo Gráfica 6– Evolución de reservas, su variación y aportación a embalses s/ Anuarios Hidrológicos (CHG) Gráfica 8 – Cuenca nival del Alto Genil. Metodología para el Balance Hidrológico 1. Resumen La generación del balance hidrológico se realiza mediante el tratamiento de los datos recopilados de acuerdo al método definido en el capítulo VI del Manual de cuentas del agua ’SEAAW’, el cual incluye las tareas adicionales siguientes: a) Desarrollo de una metodología de tratamiento de los datos según el origen / destino de los flujos intervinientes. b) Cierre de los balances, análisis de resultados e incertidumbre. c) Comentarios y recomendaciones sobre las limitaciones y potencialidades del método de balance. El cierre del balance necesita el estudio de dos tipos de variables: hidrológicas y de uso del agua, siendo el tratamiento de las variables hidrológicas obtenidas de modelos o mediciones existentes lo que se trata en esta sección del informe. A continuación se muestran la lista de variables intervinientes: Procesamiento de las variables hidrológicas − Obtención y tratamiento de las variables de ciclo hidrológico del modelo SIMPA. − Determinación de reserva iniciales de recursos superficiales. − Determinación de reservas iniciales de recursos subterráneos. − Aportación nival. − Salida de recursos al mar. − Otros flujos entre recursos. En algunos casos se incorpora un ejemplo de inclusión de datos en el balance para facilitar la comprensión en su formación. Al final del apartado que trata sobre las variables hidrológicas, se incluye la descripción y comentarios sobre el proceso de ajuste y cierre del balance de acuerdo a los niveles de certidumbre de los datos recogidos y las hipótesis consideradas. 1 2. Procesamiento de las variables hidrológicas modelizadas 2.1 Variables hidrológicas del modelo de balance hidrológico global SIMPA 2.1.1. Descripción del modelo SIMPA es el modelo hidrológico de referencia para la evaluación de recursos hídricos a nivel de cuenca hidrográfica. Es un modelo distribuido que opera a escala mensual, por lo que atendiendo a las limitaciones de datos socioeconómicos (habitualmente anuales) que intervienen en otros capítulos del Manual de Cuentas del Agua ‘SEEAW’, se agregan los resultados mensuales por años hidrológicos. El balance de recursos estudiado por SIMPA se realiza por medio de las variables: precipitación, evapotranspiración, humedad del suelo, infiltración, escorrentía total, subterránea y superficial, que representan cada fase del ciclo hidrológico. En este caso, son de directa aplicación la precipitación y evapotranspiración para obtención de aportaciones de agua debido a la lluvia y la detracción por reincorporación a la atmósfera; así como las de escorrentía subterránea, superficial, infiltración y humedad del suelo. De estas cuatro últimas son escorrentía superficial, subterránea e infiltración las utilizadas para definir la interacción de flujos entre los distintos recursos hídricos: de acuíferos o suelos a ríos y viceversa. Queda finalmente la humedad del suelo como fuente de datos para obtener el volumen de agua almacenada en el terreno, a reflejar como estado inicial de recursos suelos. Los datos obtenidos de SIMPA son un buen soporte general para construir el balance, habida cuenta de que el modelo se encuentra calibrado para los datos de aforos publicados por el CEDEX, datos también utilizados en la estimación de flujos de salida en ríos y embalses, y que se comenta más adelante. Sin embargo, sí se ha tenido en cuenta las limitaciones de precisión que SIMPA presenta, dada la marcada tendencia extremal de la cuenca, donde años muy lluviosos pueden estar seguidos de prolongadas sequías. Es por ello, que especialmente la evapotranspiración al ser la variable en la que más incertidumbre se aloja, la que se ajustará durante el proceso de cierre de los balances. 2.1.2. Tratamiento de datos de las variables hidrológicas SIMPA A continuación se detalla el tratamiento realizado para cada variable SIMPA: 1. La Precipitación se calcula por agregación de los valores mensuales sobre el conjunto de la cuenca, si bien desglosando los volúmenes (en Hm3) recibidos sobre los cuerpos de agua: embalses, a reflejar en su columna ‘1311 Reservoirs’, y ríos ‘1313 Rivers’. Para el primero se considera toda la superficie de embalse máximo sobre la hipótesis de que los suelos desnudos del vaso no son capaces de retener humedad como el 2 suelo natural. En el segundo caso, la superficie de cursos de agua se ha estimado por muestreo de caracterización de secciones según jerarquización de la red fluvial. Finalmente, sobre el cómputo general de precipitación sobre suelos se detraen los volúmenes correspondientes a embalses, ríos y nieve (tratado en su propio apartado). 2. La evapotranspiración define la pérdida total de agua por evaporación y transpiración desde las plantas. Estos valores son aplicables al balance de agua en el suelo, pero no a las masas de agua donde el volumen evaporado no está sometido a las restricciones de humedad disponible a evaporar desde el suelo. Obtenidas las superficies de embalse (variables) y cursos de agua, se aplican sobre ellas los valores de acuerdo a la regresión lineal del total de superficie de embalse y la evaporación real medida de los tanques evaporimétricos (tratado en el anexo ‘Metodología para el cálculo de variables hidrológicas’). 3. Las variables de escorrentía implican la introducción de interacciones entre los distintos recursos hídricos reflejados en el balance. Es el caso de los flujos desde suelo a ríos (escorrentía superficial), desde acuífero a río (escorrentía subterránea) y desde suelo a acuífero (infiltración). El valor de esos flujos se incluye en las columnas de los dos recursos que intervienen, de modo que lo que en un recurso aparece como salida quede reflejado en el otro como entrada. 4. Por último, el volumen almacenado de agua en el suelo se incorpora al balance por medio de la variable humedad del suelo ‘HI’ de SIMPA. A modo de ejemplo, se incorporan los datos derivados de SIMPA tal y como aparece en la siguiente figura: Tabla VI.1 Water assets accounts Total Guadalquivir hm 3 2004-05 Opening Stoc Increase in Stock Decrease in Stock Final state Element Variable 1311 Reservoir 1313 Rivers 1314 Snow, ice132 Groundwater 133 Soil Total 1 Initial state StateInitial 1 010.27 1 010.27 2 Returns 3 Precipitation Precipitation 97.49 56.40 27.09 16 443.99 16 624.98 4a Upstream input 4b Other resources input 2 242.99 FromArtificialReservoirs FromRivers FromSnow/Ice FromGW 1 023.84 1 023.84 FromSoilWater 705.96 513.20 1 219.16 5 Abstractions 6 Evapotranspiration Evapotranspiration 15 561.08 -15 561.08 7a Output Downstream 7b Output To the Sea ToSeaTotal 7c Output other resources ToArtificialReservoirs ToRivers 1 023.84 705.96 -1 729.80 ToGW 513.20 -513.20 ToSoil 8 Other Loses OtherLosses Total 97.49 1 786.20 27.09 513.20 1 893.18 4 317.17 Tabla 1 – Ejemplo de inclusión de datos SIMPA. 3 2.1.3. Resultados del análisis de variables SIMPA Los resultados del análisis de variables SIMPA muestran principalmente la magnitud de los procesos hidrológicos en la cuenca, pudiendo apreciarse cómo la mayoría de los recursos son movilizados por la precipitación y evapotranspiración (sección atmosférica del ciclo hidrológico) frente a la magnitud de los componentes terrestres del ciclo hidrológico (infiltración, escorrentía superf. y subt) que es de al menos un orden de magnitud inferior. Se muestran a continuación tablas y figuras obtenidas del procesamiento de las variables usadas para alimentar tanto las tablas de recursos como las tablas de suministro y uso de los capítulos de cuentas híbridas. Precipitación y evapotranspiración real Precipitación Precipitación acumulada acumulada Año (mm) (hm3) 2003-04 714 40809 2004-05 291 16625 2005-06 523 29883 2006-07 571 32634 2007-08 521 29760 2008-09 511 29217 2009-10 910 52021 2010-11 723 41346 2011-12 346 19783 Promedio 568 32453 Guadalquivir Tabla 2 – Serie de precipitación en la cuenca del Guadalquivir. Guadalquivir Año 2003-04 2004-05 2005-06 2006-07 2007-08 2008-09 2009-10 2010-11 2011-12 Promedio Evapotranspiración real (mm) 508 270 465 489 462 458 510 505 325 444 Evapotranspiración real (hm3) 29013 15409 26590 27969 26415 26202 29166 28848 18571 25354 Tablas 3 – Series de evapotranspiración real en la cuenca del Guadalquivir. 4 Gráficas 1 – Evolución de la precipitación en el periodo de estudio. Gráfica 2 – Evolución de la evapotranspiración real en el periodo de estudio. Figura 1 – Mapa de distribución de precipitación anual en la cuenca, año promedio. 5 Figura 2 – Mapa de distribución de precipitación anual en la cuenca, año máximo Figura 3. Mapa de distribución de precipitación anual en la cuenca, año mínimo Figura 4– Mapa de distribución de evapotranspiración anual en la cuenca, año promedio 6 Figura 5– Mapa de distribución de evapotranspiración anual en la cuenca, año máximo. Figura 6– Mapa de distribución de evapotranspiración anual en la cuenca, año mínimo. La precipitación y evapotranspiración muestran marcadas diferencias en años húmedos. Como las lluvias son mayores en invierno cuando el potencial evaporante es menor su diferencia aumenta en las temporadas lluviosas. En años secos como 2004-05 y 2011-12 la ETR se ajusta a la menor disponibilidad de agua. En cualquier caso se muestran importantes contrastes entre los años húmedos y secos, característico de la cuenca del Guadaquivir. 7 Escorrentía superficial y subterránea Guadalquivir Año 2003-04 2004-05 2005-06 2006-07 2007-08 2008-09 2009-10 2010-11 2011-12 Promedio Escorrentía superficial (mm) 118 12 26 45 31 37 255 132 8 74 Escorrentía superficial (hm3) 6748 706 1484 2589 1800 2119 14604 7521 443 4224 Tabla 4 – Serie de escorrentía superficial en el periodo de estudio. Escorrentía subterránea Año (mm) 2003-04 89 2004-05 18 2005-06 35 2006-07 39 2007-08 31 2008-09 66 2009-10 149 2010-11 88 2011-12 18 Promedio 59 Guadalquivir Escorrentía subterránea (hm3) 5107 1024 1979 2225 1754 3751 8494 5042 1011 3376 Tabla 5– Serie de escorrentía subterránea en el periodo de estudio. Escorrentía superficial, esc. subterránea e infiltración(mm) (mm) 300 255 250 200 Esc. superficial (mm) Esc. Subterránea (mm) 132 8 18 12 88 83 37 66 45 31 31 27 45 39 36 26 35 32 0 12 18 9 50 118 89 88 100 149 144 150 Infiltración (hm3) Gráfica 3 – Evolución de los volúmenes de escorrentía superficial, subterránea e infiltración unitarios. 8 Escorrentía superficial, esc. subterránea e infiltración (hm3) (hm3) 16000 10000 2119 3751 2600 8494 8250 Esc. superficial (hm3) 1800 1754 1528 0 2589 2225 2063 2000 1484 1979 1807 4000 706 1024 513 6000 6748 5107 5046 8000 Esc. Subterránea (hm3) 443 1011 679 12000 7521 5042 4733 14604 14000 Infiltración (hm3) Gráfica 4 – Evolución de los volúmenes de escorrentía superficial, subterránea e infiltración globales. Figura 7– Mapa de distribución de escorrentía superficial anual en la cuenca, año promedio Figura 8– Mapa de distribución de escorrentía superficial anual en la cuenca, año máximo 9 Figura 9– Mapa de distribución de escorrentía superficial anual en la cuenca, año mínimo Figura 10– Mapa de distribución de escorrentía subterránea anual en la cuenca, año promedio. Figura 11–Mapa de distribución de escorrentía subterránea anual en la cuenca, año máximo 10 Figura 12–Mapa de distribución de escorrentía subterránea anual en la cuenca, año mínimo. En el caso de escorrentía e infiltración, la escorrentía directa aumenta su peso relativo en los años húmedos (2003-04, 09-10, 10-11), si bien muestra importante variabilidad espacial según de las características geológicas de la zona, donde la margen derecha del Guadalquivir por Sierra Morena genera casi todo el aporte como superficial al presentar geología impermeable. Infiltración y reserva de agua en suelos Guadalquivir Año 2003-04 2004-05 2005-06 2006-07 2007-08 2008-09 2009-10 2010-11 2011-12 Promedio Infiltración (mm) 88 9 32 36 27 45 144 83 12 53 Infiltración (hm3) 5046 513 1807 2063 1528 2600 8250 4733 679 3024 Tabla 6 – Serie de infiltración en el periodo de estudio Guadalquivir Año 2003-04 2004-05 2005-06 2006-07 2007-08 2008-09 2009-10 2010-11 2011-12 Promedio Agua en el suelo (mm) 72 18 36 42 19 46 68 66 7 41 Agua en el suelo (hm3) 4099 1010 2080 2379 1085 2605 3915 3756 411 2371 Tabla 7– Serie de reserva de humedad en el suelo en el periodo de estudio 11 Gráfica 5– Serie de Infiltración y Humedad del suelo De manera similar, las variables de infiltración y humedad del suelo están muy relacionadas con las características del suelo, con diferencias marcadas entre la impermeabilidad de Sierra Morena, la alta permeabilidad de las Sierras Béticas, y los suelos muy desarrollados de las llanuras aluviales del Guadalquivir. El gran rango de valores tanto de infiltración como de humedad en el suelo entre años húmedos y secos denota la importancia de contar con mediciones más fiables de las interacciones entre suelo, acuífero y ríos. Son estos flujos de los que depende la aptitud del balance hídrico, por la gran incertidumbre que sus valores arrastran, y obligan a la consideración de sus valores como susceptibles de ajuste de cara al cierre del balance hidrológico. Es de reseñar los valores mínimos de estas dos últimas variables SIMPA (infiltración y humedad del suelo) durante los años muy secos, pues delata el previsible impacto sobre las actividades dependientes del recurso en suelo (agricultura de secano) y recurso subterráneo (regadío de olivar principalmente). Figura 13 – Mapas de distribución de infiltración en la cuenca, año promedio 12 Figura 14 – Mapas de distribución de infiltración en la cuenca, año máximo Figura 15 – Mapas de distribución de infiltración en la cuenca, año mínimo. Figuras 16– Mapas de distribución de humedad en suelos en la cuenca, año promedio. 13 Figuras 17- Mapas de distribución de humedad en suelos en la cuenca, año máximo Figuras 18- Mapas de distribución de humedad en suelos en la cuenca, año mínimo. 14 2.2 Almacenamiento superficial de recursos 2.2.1. Fuentes de datos Tradicionalmente el control sobre los volúmenes de reserva en embalses ha sido considerado la piedra angular de la gestión hídrica, por lo que se cuenta con registros muy continuos y fiables de su medida. Se encuentran disponibles dos fuentes principales al respecto: − Los anuarios de aforos del CEDEX para cada embalse, que posibilitan el estudio temporal a escala mensual y hasta diaria de la reserva. Se puede alcanzar el volumen de reserva de la cuenca mediante agregación de los volúmenes de todos los embalses. − Anuarios hidrológicos del organismo de cuenca (CHG) de los que se puede extraer información a nivel de la cuenca, sin necesidad del proceso de agregación de datos de la fuente anterior. Por el carácter oficial y validado de los datos de los Anuarios, se tomaron éstos finalmente como referencia para la construcción de la serie de reserva inicial en la cuenca que mostramos a continuación. Guadalquivir Reservas mes hm3 2003-04 10 4160 2004-05 10 4837 2005-06 10 2603 2006-07 10 1940 2007-08 10 2309 2008-09 10 2166 2009-10 10 2577.3 2010-11 10 6106 2011-12 9 6083.3 Año Tabla 8 – Serie de reservas en embalses s/ Anuarios Hidrológicos de la CHG. 2.2.2. Resultados del análisis de reservas en embalses. A diferencia de las series de resultados del modelo SIMPA, donde la respuesta de las variables hidrometeorológicas se mostraba muy dependiente de los periodos húmedos o secos, en el caso de las reservas de embalses se plasma el efecto de la regulación sobre el régimen natural de recursos. Así, los volúmenes en reserva muestran resiliencia a la sequía, debido a la gran regulación hiperanual en la cuenca, haciendo necesario encadenar años secos para apreciar una bajada continua de niveles como en el periodo 2004-07. 15 En cualquier caso el volumen general de reserva es muy sensible a la variabilidad de la precipitación y escorrentía en el espacio, pues no todos los sectores de la cuenca cuentan con la misma capacidad de embalse y regulación. 2.3 Flujos de interacción entre recursos A efectos del sistema de contabilidad SEEAW, al ser necesario relacionar los balances de cada columna de recurso (embalses, ríos, nieve, acuíferos y agua de suelo), se hace necesario considerar los flujos de interacción desde una perspectiva distinta a la habitual en el balance hídrico. La causa principal es la dificultad para estimar esos flujos, pues en ocasiones las medidas de recurso habituales (Aforos, balances CH…) no se corresponden con la definición necesaria para contabilizarlos en las cuentas del agua SEEAW. 2.3.1. Flujo desde ríos a embalses El más claro ejemplo de estas interacciones resulta del cómputo de las aportaciones a embalses. Las aportaciones son un flujo de interacción que ha de ser computado como entrada en el balance de embalses y como salida en el balance de ríos. Si bien se cuenta con los datos de entrada (aportaciones) de todos los embalses de la cuenca, la fuente de datos más fiable sobre aportaciones a embalses son los anuarios hidrológicos publicados por la CHG. Guadalquivir Año Aportaciones hm3 2003-04 4795 2004-05 862 2005-06 1178 2006-07 2116 2007-08 1541 2008-09 2589 2009-10 12001 2010-11 7980 2011-12 1173 Tabla 9 – Serie de aportaciones a embalses. Fuente: Anuarios Hidrológicos de la CHG. Son las aportaciones las principales causantes de la variación de la reserva, dado que las extracciones para usos tienen un carácter más constante (o lo intentan, caso de uso agrario). Muestra de este fenómeno se aprecia en la siguiente gráfica. 16 Hm3 Reserva en embalses (hm3) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 -2000 -4000 Aportación anual (hm3) Reserva en embalse (hm3) Var. anual reserva (hm3) Gráfica 6– Evolución de reservas, su variación y aportación a embalses s/ Anuarios Hidrológicos (CHG) 2.3.2. Flujo desde embalses a ríos Sin embargo, el otro flujo de interacción como salida de embalses hacia ríos no presenta el mismo grado de certeza. Los valores recopilados en salida de embalse expresan detracciones totales de la reserva sin desglosar su destino, y dado que a menudo los cauces sirven de canal de distribución de las demandas, los volúmenes desde embalse hacia río incluidos en las tablas se han definido como los excedentes de embalse vertidos en periodos muy húmedos. Es posible, a vista de los valores de las tablas y de acuerdo a esta definición del flujo de embalse a río, los periodos secos 2004-08 y 2011-12 los volúmenes que los embalses aportan como excedente a ríos disminuye mucho o incluso se anula. En el lado opuesto, los periodos muy húmedos 2003-04, 2009-11 generan grandes excedentes que elevan el flujo de embalses a ríos, lo que coincide por otra parte con los mayores desfases en el balance de recursos para ríos, atribuible a la dificultad en la caracterización de las interacciones del río con acuíferos y suelo durante las avenidas en la llanura aluvial y estuario del Guadalquivir. 17 Tabla VI.1 Water assets accounts Total Total Guadalquivir hm 3 2011-12 Opening Stock Increase in Stock Decrease in Stock Final state Element Variable 1311 Reservoir 1313 Rivers 1314 Snow, ice132 Groundwater 1 Initial state StateInitial 6 083.33 2 Returns 3 Precipitation Precipitation 4a Upstream input 4b Other resources input 1 173.00 3 123.35 FromArtificialReservoirs 3 123.35 FromRivers 1 173.00 FromSnow/Ice FromGW FromSoilWater 5 Abstractions 6 Evapotranspiration Evapotranspiration 7a Output Downstream 7b Output To the Sea ToSeaTotal 7c Output other resources 3 123.35 1 173.00 ToArtificialReservoirs 1 173.00 ToRivers 3 123.35 ToGW ToSoil 8 Other Loses OtherLosses Total 4 132.98 1 950.35 133 Soil Total 6 083.33 4 296.35 3 123.35 1 173.00 -4 296.35 -1 173.00 -3 123.35 6 083.33 Tabla 10 – Estado inicial de embalses, aportaciones a embalse desde ríos y salidas de embalses hacia ríos. 2.3.3 Otros flujos entre recursos Otras interacciones que se producen en el balance son: − La incorporación a suelos de los volúmenes extraídos destinados a regadío, y la de sus retornos como entrada a ríos/acuíferos, que a su vez ha de incluirse en los volúmenes de salida de suelo/acuíferos a ríos obtenidos inicialmente de SIMPA como escorrentía superficial y subterránea respectivamente. − La ya reflejada salida de aportación liquida desde nieve en la columna de recursos nivales, que produce entradas como aportación en embalses y en suelos. − Otras interacciones de difícil caracterización entre río y suelo/acuífero se aprecian en situaciones de grandes avenidas como delatan los grandes excedentes del balance correspondiente a ríos en años húmedos. 2.4. Recursos subterráneos en acuíferos. 2.4.1. Fuentes de datos El documento ‘Actividad 4, Identificación de las interacciones río acuífero…’ del IGME, así como el Anejo Nº2 ‘Inventario de recursos’ del Plan hidrológico de cuenca (Apéndice IV: Recursos de las masas de agua subterráneas), retratan las características de cada unidad hidrogeológica presente en la cuenca. Dichos documentos definen para cada UH sus valores de recarga y recursos disponibles mediante balances de la infiltración y aportaciones con las extracciones y descargas a ríos o manantiales. 18 Figura 19 – Mapa de Unidades hidrogeológicas y su tipología en la cuenca del Guadalquivir. Se ha tomado como referencia el recurso renovable a la hora de considerar los almacenamientos de recurso subterráneo. El conjunto de unidades hidrogeológicas con datos disponibles eleva la cifra de recurso disponible o renovable hasta los 1962 Hm3. La fuente de incertidumbre viene de la existencia únicamente de valores medios, lo que no permite estimar la evolución de la reserva subterránea una evolución en función de la infiltración SIMPA anual disponible. DHG U.H. 51.001 51.002 51.003 51.004 51.005 51.006 51.007 51.008 51.009 51.010 51.011 51.012 51.013 51.014 Unidad hidrogeológica Nombre Cazorla Quesada-Castril La Sagra Huescar-La Puebla de Don Fadrique La Zarza Orce Ahillo-Caracolera Sierra de las Estancias Baza-Caniles Jabalcón Sierra de Baza Guadix-Marquesado El Moncal Bedmar-Jodar Recursos renovables (hm3) 128.7 136.5 8.0 16.0 1.0 19.0 2.6 3.1 24.3 5.7 21.0 20.0 2.5 0.3 DHG U.H. 51.015 51.016 51.017 51.018 51.019 51.020 51.021 51.022 51.023 51.024 51.025 51.026 51.027 51.028 51.029 Unidad hidrogeológica Nombre Torres-Jimena Jabalcuz Jaen San Cristobal Mancha Real-Pegalajar Almadén Sierra Mágina Mentidero-Montesinos Úbeda Guarromán-Linares Rumblar Aluvial del Guadalquivir Porcuna Montes orientales Sierra de Colomera Recursos renovables (hm3) 3.0 3.2 2.8 0.5 1.2 5.1 24.2 5.1 30.0 1.5 2.8 75.0 0.1 44.0 41.0 19 DHG U.H. 51.030 51.031 51.032 51.033 51.034 51.035 51.036 51.037 51.038 51.039 51.040 51.041 51.042 51.043 51.044 51.045 Unidad hidrogeológica Nombre Sierra Arana La Poza Depresión de Granada Sierra Elvira Madrid-Parapanda Cabra-Gaena Rute-Horconera Albacaye El Pedroso-Arcas Hacho de Loja Sierra Gorda-Zafarraya Guadahortuna-Larva Tejeda-Almijara Sierra y Mioceno de Estepa Altiplanos de Écija Sierra Morena Recursos renovable hm3 50.0 71.0 165.0 4.5 11.0 45.3 23.5 11.5 1.1 11.4 126.0 4.3 37.0 DHG 51.046 51.047 51.048 51.049 51.050 51.051 51.052 51.065 51.066 51.068 51.069 51.070 51.071 Unidad hidrogeológica Aluvial del Guadalquivir Sevilla-Carmona Arahal-Coronil Niebla-Posadas Aljarafe Almonte-Marismas Lebrija Sierra de Padul Grajales-Pandera Puente Genil-La Rambla Osuna Gracia-Ventisquero Campo de Montiel Recursos renovable 43.0 125.0 2.6 0.0 25.0 96.0 7.0 46.5 16.0 23.5 23.0 21.8 0.0 11.0 0.0 275.3 Tabla 11– Listado de Unidades hidrogeológicas en la cuenca del Guadalquivir y su recurso renovable 2.4.2. Datos de piezometría de referencia Con el fin de obtener una referencia sobre la evolución de los volúmenes almacenados a lo largo del periodo de estudio, se llevó a cabo la recopilación de los niveles piezométricos disponibles en las Unidades Hidrogeológicas de la cuenca (Red piezométrica del IGME). % de nivel piezométrico en la cuenca respecto al inicio de la serie Evolución de Piezometría en las UH de la cuenca del Guadalquivir, periodo Sept. 2003- Nov. 2009 120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% Gráfica 7 – Evolución de la piezometría en la DHG respecto al año de inicio del periodo de estudio. 2 sep-09 jun-09 mar-09 dic-08 sep-08 jun-08 mar-08 dic-07 sep-07 jun-07 mar-07 dic-06 sep-06 jun-06 mar-06 dic-05 sep-05 jun-05 mar-05 dic-04 sep-04 jun-04 mar-04 dic-03 sep-03 0.00% Con ello se buscó conseguir un índice de nivel de las UH para cada año respecto al nivel presente al inicio de la serie, primero por cada unidad hidrogeológica y posteriormente para el conjunto de la cuenca, ponderando esos índices según el volumen de recurso disponible de cada UH. No se cuenta con datos públicos a partir de Noviembre del 2009, por lo que no podemos conocer la mejora de los niveles durante los años húmedos 2009-2011. En la gráfica de evolución mostrada a continuación se aprecia el descenso de piezometría a partir del 2007 retrasada respecto al encadenamiento de años secos 2004-07, explicado en gran medida por la distribución de la precipitación, al resultar esos años más secos en el sector sur y oriental de la cuenca que alberga la mayor parte de las Unidades hidrogeológicas. Otro factor importante puede ser la distribución temporal de la lluvia, al resultar las lluvias fuera del invierno en una menor infiltración. 2.4.3. Análisis de reservas de recursos subterráneos El balance de los recursos subterráneos reflejado en la columna Groundwater de la tabla de activos del agua, se realiza exclusivamente a nivel de entradas y salidas a acuíferos con los valores proporcionados por las variables SIMPA (infiltración y escorrentía subterránea) y extracciones/retornos, obteniendo un balance relativo al estado inicial del año de inicio de la serie. De este modo definido el stock inicial como cero, podemos apreciar el aumento o disminución del recurso subterráneo a lo largo de la serie con valores de volumen positivos o negativos respectivamente. Se considera este procedimiento con el fin de evitar inducir mayor incertidumbre en el balance de activos del agua, debido a la complejidad de una estimación aceptable de reservas subterráneas para el conjunto de la cuenca con los datos públicos disponibles. 2.5 Contribución nival El macizo de Sierra Nevada supone la única región de interés para el estudio de los recursos nivales en la cuenca del Guadalquivir, y aunque de extensión reducida y de influencia pequeña en los recursos, se ha decidido su incorporación al balance hídrico. Es la cuenca del alto Genil la encargada de recoger las aportaciones nivales de los 176 km2 de superficie de esa cabecera, donde la media de aportaciones arroja valores de 34 Hm3 anuales regulados en el embalse de Canales. 2.5.1. Fuente de datos El modelo ERHIN reporta datos discontinuos sobre la cuenca, reflejados en la publicación ‘El Programa ERHIN, datos sobre la nieve y los glaciares en las cordilleras españolas’, y en los informes de estado de la reserva nival del MAGRAMA, donde se señala que la aportación nival se encuentra en torno al 50% de la aportación de lluvia en la cuenca del Alto Genil. 2 Dadas las lagunas entre los años 2007-2010, se aplica ese 50% sobre la precipitación SIMPA para los años sin registro disponible. Figura 20- Cuenca nival del Alto Genil. Gráfica 8 – Nieve acumulada y aportación liquida a embalse. (ERHIN) 2.5.2. Resultados del análisis de reservas nivales y aportación Las diferencias entre los volúmenes computados como precipitación y los recibidos en el embalse de Canales, pueden atribuirse a otras pérdidas hacia el suelo o subsuelo, quedando incluidos en el primero a efectos de nuestro balance. 3 Tabla VI.1 Water assets accounts Total Guadalquivir 2007-08 hm 3 Opening Stock Increase in Stock Decrease in Stock Final state Element Variable 1311 Reservoir 1313 Rivers 1 Initial state StateInitial 2 Returns 3 Precipitation Precipitation 4a Upstream input 4b Other resources input FromArtificialReservoirs 33.47 FromRivers FromSnow/Ice FromGW FromSoilWater 5 Abstractions 6 Evapotranspiration Evapotranspiration 7a Output Downstream 7b Output To the Sea ToSeaTotal 7c Output other resources ToArtificialReservoirs ToRivers ToGW ToSoil 8 Other Loses OtherLosses Total 1314 Snow, ice132 Groundwater 133 Soil Total 41.13 41.13 7.65 41.13 33.47 -41.13 -33.47 7.65 -7.65 Tabla 12 – Ejemplo de inclusión de datos nivales en la tabla de balance. 2.6 Salidas al mar 2.6.1. Fuente de datos El cómputo del volumen de agua liberado en el mar se realiza tratando los datos del Anuario de Aforos del CEDEX para la presa de Alcalá del Río, aguas arriba de Sevilla. Si bien un punto de referencia tan alejado de la desembocadura pudiera hacer pensar en la falta de representatividad de sus datos como punto de desagüe, la realidad es que apenas se realizan nuevas extracciones debido al carácter de ‘Aguas de transición’ que adquiere el Guadalquivir aguas abajo de la misma. A los datos de la anterior, sí que resulta necesario incorporar el valor de la escorrentía subterránea desaguada por los acuíferos situados entre este Guadalquivir con carácter de estuario y el mar, como es el caso del Acuífero Almonte-Marismas; así como los retornos procedentes de los cultivos de arroz y los retornos urbanos de Sevilla como principal conurbación generadora de escorrentías. Por otra parte, se ha considerado necesario distinguir las componentes del volumen de salidas al mar: retornos de regadío y urbanos, y escorrentía natural de modo que la identificación de su origen facilite posteriores procesos de cómputo en los otros capítulos de cuentas del agua en la cuenca del Guadalquivir. Las salidas al mar medidas en aforo se repercuten en el balance como salida desde río, mientras las de acuíferos en su correspondiente casilla de salida de acuíferos. 4 Tabla 13 – Salidas al mar desde río y acuífero a reflejar en el balance. 2.6.2. Resultados de análisis de salidas al mar Los datos foronómicos de la presa de Alcalá representan la mayor parte de las salidas al mar, especialmente durante los años de gran escorrentía. Es la gran variabilidad climatológica lo que repercute en que el rango de salidas registradas en Alcalá fluctúe entre menos de 1.000 y más de 10.000 Hm3. Las aportaciones subterráneas siguen seguramente este mismo patrón dependiente de la climatología pero ante la escasa disponibilidad de datos (sólo valores medios de descarga de las UH) se ha optado por introducir el valor medio, con el objetivo de introducir al menos un valor representativo en las salidas al mar desde acuíferos, aún cuando no permita estudiar su evolución. Respecto a las salidas al mar por retornos urbanos (área metropolitana de Sevilla) y retornos agrícolas sí podemos apreciar la serie de valores recopilados para el periodo de estudio 20042012. 3. Descripción y comentarios al proceso de ajuste y cierre de balance El proceso de balance se realiza procediendo al balance individual de cada componente del ciclo hidrológico desglosada en la tabla de activos del agua del capítulo 6 del manual de cuentas del agua SEEAW: 1311 Reservoirs,1313 Rivers, 1314 Snow,ice,glaciars, 132 Groundwater, 133 Soil Water. A pesar de no considerarse el ciclo atmosférico por escapar del ámbito territorial de la cuenca, sí ha de mantenerse la continuidad de los procesos en la fase terrestre, por lo que debe asegurarse la continuidad temporal y entre los componentes del ciclo enumerados arriba debe ser coherente. En el primer caso, como inicio del balance de cada componente se cuenta con los valores iniciales de recurso al principio de cada periodo de estudio (anual en nuestro caso). Estos valores servirán de punto de partida sobre el que se cargan las incorporaciones o detracciones de recurso, de manera que el valor final de cada recurso ha de coincidir con el inicial del periodo siguiente. En segundo lugar, la continuidad entre componentes obliga a que los flujos de interacción entre recursos estén bien caracterizados. Estos flujos complican sustancialmente el balance, ya sea desde las infiltraciones que se dan como flujos entre embalses y acuíferos, los recíprocos río-acuífero o incluso río-suelo para casos de avenidas. Casi todos ellos están poco estimados y los pocos valores disponibles generan errores que se acumulan al balance de los componentes a donde llegan. Así, como norma general, se ha evitado ajustes de los volúmenes de interacciones, manteniendo como referencia el de aquellos flujos bien estudiados y valorados. 5 Dada la dificultad en su tratamiento, se estimó oportuno detallar las posibles combinaciones de flujos entre recursos de modo que resultara más sencilla la introducción en la tabla de sus valores. El desglose caracteriza los flujos en función de su origen y destino, por ejemplo: Volumen de embalses a ríos o acuíferos (filtraciones de embalse). Las tablas así propuestas se muestran así: Tabla 14 – Identificación y desglose de flujos de interacción según origen /destino. Con ese fin, y atendiendo a las dificultades de estimación de los componentes del ciclo hidrológico menos monitorizados / estudiados y sus balances, el balance hidrológico parte de los recursos superficiales, embalses principalmente, para ir cerrando los sucesivos balances por componentes. Tabla 15 –Orden de balance por componente del recurso. En primer lugar, el cierre de balance de volúmenes se realiza con el volumen en embalse donde se evidencia la pequeña incertidumbre asociada a estos valores, seguramente debido al mayor seguimiento y control de los recursos hídricos en estos elementos, tradicionalmente considerados la principal fuente de recurso hídrico disponible en una cuenca. Siguiendo con balance de recursos superficiales, el balance en ríos resulta, a la vista de los balances realizados, muy dependiente del carácter seco o húmedo del año hidrológico. Este fenómeno puede deberse a que los valores de entrada de recurso como escorrentía superficial y subterránea procedentes de SIMPA se refieren a una situación en régimen natural que 6 sobreestiman excesos y déficits, induciendo volúmenes no ajustados que en el balance sólo pueden asignarse a la incertidumbre reflejada en ‘otras pérdidas’. El caso de los recursos nivales es sin embargo más sencillo por el reducido número de fuentes y sumidero de recurso que intervienen en su balance, lo que no debe hacer pensar en mayor certidumbre de los valores debido a la gran incertidumbre que sobrelleva el actual método de seguimiento de la acumulación de nieve. Es el recuso subterráneo junto con el recuso en suelos los de mayor grado de incertidumbre, debido en parte a la dificultad de registro de sus volúmenes y evolución, así como la dependencia existente con otros recursos previamente ajustados, de los que arrastran su incertidumbre asociada. En el caso de los acuíferos, es no sólo el desconocimiento del nivel inicial de recurso sino también el carácter dilatado de la respuesta de las aguas subterráneas lo que parece distorsionar notablemente los balances, obligando a incurrir en la asignación de ‘otras pérdidas’ para el cierre de balance. El debate sobre la idoneidad del periodo de tiempo a considerar como base del estudio reaparece de la mano del tiempo de respuesta de los acuíferos, reflejando la necesidad de mayor conocimiento en el comportamiento de las unidades hidrogeológicas como requisito indispensable para la definición realista de balances globales de recurso hídrico como los del Sistema de cuentas del agua de la ‘SEEAW’. Otro componente que complica el manejo de los flujos e interacciones en acuíferos es el apartado de salidas al mar, que en el caso del Guadalquivir y su estuario obliga a tener muy en cuenta el comportamiento del acuífero Almonte-Marismas, que presenta importantes descargas al mar. A la vista de la difícil interacción acuífero-suelos que se da en los años húmedos y de avenidas, existen indicios que apuntan a que los aluviales del Guadalquivir y la extensa zona de Marismas de Doñana son lugares de notables interacciones acuífero-suelos que necesitan de estudio en detalle. Finalmente, los recursos hídricos del suelo se muestran especialmente sensibles a las variables precipitación y evapotranspiración, elementos principales de su balance por grado de magnitud. Magnitud que subyace en todo el balance hídrico del suelo, pues al contrario que en embalses o ríos, este recurso se encuentra distribuido espacialmente y es precisamente el conocimiento de las variables distribuidas el más complejo y difícil de acotar en incertidumbre aún hoy en día. Otra fuente de error que afecta al recurso hídrico en suelos proviene de los volúmenes de regadío que van a parar a los cultivos. Su aportación ha de desacoplarse de las lecturas de humedad del suelo que se extraen de los modelos o la teledetección para evitar doble cómputo de recursos. El último paso (sexto en la figura) es el de comprobación de los valores finales de balance de cada recurso y la asignación de pérdidas no atribuibles a los flujos ya contemplados, de modo 7 que se alcancen los valores iniciales del año siguiente. Los valores de ajuste puntualmente altos demuestran la necesidad de abordar el ciclo hidrológico no sólo mediante de los recursos superficiales, sino también contabilizando todos sus componentes tal y como es considerado en el método de cuentas del agua SEEAW. 4. Referencias − CHG, Plan Hidrológico del Guadalquivir 2009-2015, 1. Plan Hidrológico aprobado por R.D. 55/2013, Confederación Hidrográfica del Guadalquivir, Sevilla, España. − CHG, Informes Hidrológicos y de Campaña de Riego, publicaciones 2003-12. Confederación Hidrográfica del Guadalquivir, Sevilla, España. − CHG, SAIH Guadalquivir, Sistema Automático Confederación Hidrográfica del Guadalquivir. − Quintas, L; Estrela, T (2004) SIMPA model, a GRASS based tool for Hydrological Studies. Hydrology Department of the Centre for Hydrographic Studies of CEDEX, Paseo Bajo de la Virgen del Puerto, 3, 28005 Madrid, España. − MAGRAMA, SIA: Sistema de Información del Agua. − MAGRAMA, CEDEX, Anuario de aforos. − MAGRAMA, IGME, DGA: Encomienda de gestión para la realización de trabajos científico-técnicos de apoyo a la sostenibilidad y protección de las aguas subterráneas, Actividad 4: Identificación y caracterización de la interrelación que se presenta entre aguas subterráneas, cursos fluviales, descargas por manantiales, zonas húmedas y otros ecosistemas naturales de especial interés hídrico: Demarcación Hidrográfica, 051 Guadalquivir. Madrid. España − MAGRAMA, Programa ERHIN de evaluación de recursos hídricos procedentes de la innivación. − IGME, Red piezométrica de seguimiento del estado cuantitativo. de Información Hidrológica. 8
