Oferta hídrica ante escenarios de cambio climático en la cuenca hidrográfica La Vieja: Colombia

Abstract

Se evaluó el comportamiento de la Oferta Hídrica Total Superficial (OHTS) en la cuenca hidrográfica La Vieja bajo los escenarios de cambio climático 4.5RCP y 8.5RCP para el periodo futuro 2040-2070. En primera instancia se caracterizó la cuenca hidrográfica a través de la descripción de su red de drenaje, cobertura y usos del suelo, captaciones, vertimientos e hidroclimatología relevantes. Se seleccionaron 40 estaciones de lluvia, 9 estaciones de temperatura y 5 estaciones de caudal para el periodo homogéneo 2006-2019. Se encontraron cambios y/o desplazamiento del uso y cobertura de los suelos desde el año 2000 hasta el año 2020, resaltando el reemplazo total, al año 2020, de áreas agrícolas heterogéneas por cobertura de pastos principalmente. Posteriormente, se empleó la información recopilada para montar, calibrar y validar el módulo hidrológico del modelo SWAT. La calibración y validación del modelo se efectuó en la estación Cartago. El desempeño del modelo se evaluó a través de las métricas NSH, RMSE, MAE, PBIAS y MAPE. Se encontraron valores aceptables para las métricas de desempeño a resolución mensual y anual durante la calibración, sin embargo, la cantidad de datos disponibles a resolución anual resultó insuficiente para encontrar un mejor desempeño estadístico del modelo durante validación, A pesar de lo anterior, el modelo se considera adecuado para el objetivo de modelación. Una vez calibrado y validado el módulo hidrológico, se generaron y corrieron las series futuras de cambio climático de las variables precipitación (P) y temperatura (T). Las series se generaron a partir de información del MCG MPI-ESM-LR, las cuales, fueron inicialmente llevadas a escala local con métodos estadísticos de “downscaling” y posteriormente espacializadas e ingresadas al modelo en los 312 centroides de subcuencas delimitadas automáticamente en SWAT. Los resultados muestran aumento en la magnitud y frecuencia de los caudales mensuales más altos (ocurrencias del 10% y 25%) con respecto a los registros históricos de la estación Cartago, aumento en la magnitud de caudales con ocurrencia media y disminución en la magnitud de los caudales bajos (con ocurrencia del 75%) en la estación, tanto para el escenario 4.5 RCP como el 8.5 RCP. Se estimó el Índice de Regulación Hídrica (IRH) futuro en las 20 subcuencas definidas por el POMCA vigente. El resultado de la comparación de los IRH actuales y futuros indica que se verán desmejoradas las condiciones de retención de humedad, de hecho, se obtuvo una condición desfavorable en la OHTS para toda la cuenca hidrográfica La Vieja a futuro, resaltando que las zonas urbanas y específicamente las 46 microcuencas abastecedoras de centros poblados y urbanos, quedarían en condiciones de Baja y Muy Baja regulación hídrica. (Texto tomado de la fuente)

The Total Surface Water Offer under 4.5RCP and 8.5 RCP climate change scenarios and future period 2040-2070 was evaluated in La Vieja river basin. First of all, the river basin was characterized trough the description of its river network, coverage and land uses, water extractions, drainages and relevant hydro climatology. 40 rain stations, 9 temperature stations and 5 flow stations were selected for the homogeneous period 2006-2019. Changes y land use a coverage were found from 2000 to 2020, highlighting the total replacement of heterogeneous agricultural areas by pasture cover at the end of period. The hydrological module of SWAT’s model was assembled, calibrated and validated using the information previously collected. Calibration and validation were made in Cartago station. The model performance was evaluated trough the NSH, RMSE, MAE, PBIAS and MAPE metrics. Acceptable values were found at monthly and annual resolutions during calibration, however, the amount of available data at annual resolution was insufficient to find a better statistical performance during validation. Despite the above, the model was considered adequate for the modeling purpose. The climate change future series were generated and simulated for temperature (T) and precipitation (P) variables. Series were generated with information from the MPI-ESM-LR Global Climatic Model which was initially downscaled using statistically methods and then spatialized to the 312 watersheds automatically defined by SWAT. Simulation results exhibits: an increase in the magnitude and frequency of monthly peak flow values (10% and 25% occurrences) compared with the historical measures in Cartago station, an increase of mean flow values and a reduction of the low flow values (75% occurrence) for both 4.5RCP and 8.5RCP scenarios. The future Water Regulation Index was estimated in each of the 20 defined watersheds by the current POMCA. The Water Regulation Index outcomes shows that humidity retention will be impaired under both climatic change scenarios evaluated for the future period 2040 - 2070, in fact, it was obtained an unfavorable condition of the Total Surface Water Offer all around La Vieja river basin. It is highlighted that the urban zones (specifically the 46 micro-basins supplying populated and urban centers) would be in Low and Very low water regulation conditions at the future evaluated.