Determinando los efectos del cambio climático y del cambio en usos del suelo en la Macro Cuenca Magdalena Cauca utilizando el modelo de suelo-superficie e hidrológico MESH

Abstract

Los modelos de gran escala, especialmente los de tipo Land Surface, han comenzado a ser implementados en grandes cuencas en diferentes partes del mundo, con el fin de simular de manera regional su hidrología. Sin embargo, implementaciones de este tipo apenas empiezan a realizarse en la Macro Cuenca Magdalena Cauca, pese a su importancia en términos demográficos y económicos para el país. Dada esta necesidad, se decidió implementar un modelo de tipo Land Surface llamado MESH, que simula el balance energético e hídrico de manera semi-distribuida y que incluye un módulo de tránsito del caudal y un módulo de intercambio con un acuífero sub-superficial. Adicionalmente, se ha utilizado el modelo para simular escenarios de cambio climático (cuatro escenarios) y efectos de un escenario de cambio en el uso del suelo dentro de la Macro Cuenca, para analizar sus impactos de manera individual, y en conjunto. La implementación inicial del modelo MESH en la cuenca del río Coello permitió proponer y ajustar una metodología de implementación del modelo para toda la Macro Cuenca y definir la configuración general para el modelo implementado a escala regional. La aplicación de MESH a nivel de mesoescala mostró buenos valores del coeficiente de Nash Sutcliffe Efficiency (NSE) en las partes medias y bajas de la macrocuenca, pero se advirtieron dificultades en las zonas altas de la cuenca. Asimismo, se encontraron problemas de equifinalidad, dada la complejidad del modelo y la necesidad de calibrar una gran cantidad de parámetros. El conjunto de valores de parámetros escogido tuvo 42 puntos de control con valores de NSE por encima de 0, de un total de 88 puntos de control. En cuanto a la implementación de simulaciones bajo escenarios de cambio climático y de cambio en los usos del suelo, se observaron cambios importantes en los valores de evapotranspiración y humedades del suelo, con aumentos regionales y locales de gran importancia. En general, para la Macro Cuenca los escenarios analizados indican que la evapotranspiración aumenta hasta en un 3.38%, se aumenta la humedad del suelo hasta en un 8% y la escorrentía puede variar entre un -4.25% y un 4.92%, según el escenario analizado. Estos cambios presentan patrones y tendencias diferenciadas a nivel regional y local.

Abstract: Large-scale hydrological models, especially Land Surface models, have been implemented worldwide in different macrobasins to simulate and assess hydrology at a regional scale. However, despite the importance of the Magdalena-Cauca Basin in demographics and economy, implementation of large-scale models has only started recently. To address this need, MESH, a Land Surface Hydrological model, capable of simulating the water and energy balances in a semi-distributed fashion, was implemented in the Magdalena Cauca Basin. In addition, this model was used to assess possible impacts of climate and land use changes, across the basin. An initial implementation of the MESH model was made in the Coello river basin, a sub catchment of the macrobasin, to adjust the methodology and main settings in the implementation. The Magdalena Cauca basin model showed good results in the middle and low lands, but unsatisfactory results were encountered in the high lands. Equifinality problems were detected on the calibration process, due to the model complexity and the large number of parameters under calibration. The parameter values dataset chosen featured 42 control points out of 88, with NSE values above 0. When considering the model simulations under climate and land use change scenarios, evapotranspiration and soil humidity showed important changes, with large regional and local variability. In general, evapotranspiration featured an increase up to 3.38%, soil humidity increase up to 8%, and runoff varies between -4.25% and 4.92%, according to the considered scenario. These trends are not the same across the basin, where regional and local differences exist.