UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y MANEJO
DE RIESGOS NATURALES
“DETERMINACIÓN DEL CAUDAL ECOLÓGICO DEL RÍO
CHALPI GRANDE, AFLUENTE DEL RÍO PAPALLACTA,
SUBCUENCA DEL RÍO COCA, PARA MANEJO
SUSTENTABLE DEL RECURSO HÍDRICO.”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES
ABEL ANDRÉS ORTIZ HARO
DIRECTOR: ING. HUGO MAURICIO VALLADARES BORJA
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis padres y hermanos por la ayuda, entusiasmo y paciencia a lo largo de este proceso.
Agradezco a mi tutor por brindarme el conocimiento para desarrollar este trabajo de titulación.
A mis amigos por cada uno de esos momentos en este periodo de estudios, largos años en su compañía, experiencias únicas que recordare con mucho afecto.
A Henry por aportar de su única manera al cumplimiento de metas profesionales y personales.
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL BIBLIOTECA UNIVERSITARIA
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1719621318
APELLIDO Y NOMBRES: Ortiz Haro Abel Andrés
DIRECCIÓN: San Ignacio y San Javier No. 24-36,
sector la Paz
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 3238536
TELÉFONO MOVIL: 0994635007
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
“Determinación del caudal ecológico
del río Chalpi Grande, afluente del río
Papallacta, subcuenca del río Coca,
para manejo sustentable del recurso
hídrico”
AUTOR O AUTORES: Ortiz Haro Abel Andrés
FECHA DE ENTREGA DEL
PROYECTO DE TITULACIÓN: 23/06/2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: Ing. Valladares Borja Hugo Mauricio
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales
RESUMEN: Mínimo 250 palabras
En el presente proyecto de titulación se propuso un régimen de caudales ecológicos para la microcuenca hidrográfica del río Chalpi Grande, ubicado en la provincia de Napo, cantón
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL BIBLIOTECA UNIVERSITARIA
Quijos, entre los límites de las parroquias de Papallacta y Cuyuja. En vista a la importancia del rio para el abastecimiento y uso del recurso por la calidad de sus aguas, cubrir la demanda creciente del Distrito Metropolitano de Quito (DMQ) y mitigar los potenciales efectos del cambio climático. El rio Chalpi Grande constituye el denominado proyecto de agua potable “Ramal Chalpi Grande – Papallacta”,
englobado dentro de la primera etapa del Proyecto Ríos Orientales (PRO), que tiene como objetivo satisfacer la demanda a corto y mediano plazo, a través del incremento de un caudal de 2,2 m3/s en la pileta del Sistema
Papallacta I (Bombeo).
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL BIBLIOTECA UNIVERSITARIA
base a ello se propuso un criterio de distribución temporal de caudales ecológicos que satisfaga las necesidades ambientales del ecosistema local, considerando las condiciones del régimen natural.
PALABRAS CLAVES: Caudal ecológico, demanda, régimen
natural, metodología hidrológica.
ABSTRACT:
In the present project of qualifications there proposed a regime of minimum flows himself for the hydrographic watershed of the river Chalpi Grande located in Napo's province, canton Quijos, between the limits of the parishes of Papallacta and Cuyuja. In sight to the importance of the river for the supply and use of the resource for the quality of his waters, to cover the increasing demand of the Metropolitan District of Quito (DMQ) and to mitigate the potential effects of the climate change. The river Chalpi Grande constitutes the project called of drinkable water " Branch Chalpi Grande - Papallacta ", included inside the first stage of the Project Oriental Rivers (PRO), which the demand has as aim satisfy to short and medium term, across the increase of a flow of 2,2 m3/s in the
sink of the System.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA RESUMEN ... X ABSTRACT ... XI
INTRODUCCIÓN ... 1
PROBLEMA ... 2
JUSTIFICACIÓN ... 6
OBJETIVOS ... 8
OBJETIVO GENERAL ... 8
OBJETIVO ESPECÍFICOS ... 8
MARCO TEÓRICO ... 9
CONCEPTUALIZACIÓN Y ASPECTOS TÉCNICOS SOBRE CAUDAL ECOLÓGICO ... 9
ANTECEDENTE DEL CONCEPTO DE CAUDAL ECOLÓGICO ... 9
DEFINICIONES PARA CAUDAL ECOLÓGICO ... 11
DEFINICIONES OFICIALES DE “CAUDAL ECOLÓGICO” EN ECUADOR ... 15
DESCRIPCIÓN DE LA CLASIFICACIÓN DE METODOLOGÍAS DE ESTIMACIÓN DE CAUDALES ECOLÓGICOS ... 17
METODOLOGÍA HIDROLÓGICA ... 17
Método de Tennant (1976) ... 20
Método Hope ... 21
Método de Caudal Medio Base – Average Base Flow Method (ABF)….. ... 22
Método del Rango de Variabilidad – RVA ... 22
Criterios Hidrológicos. ... 24
METODOLOGÍA HIDRÁULICA O DE VALORACIÓN HIDRÁULICA… ... 25
METODOLOGÍA HIDROBIOLÓGICA ... 29
ii
METODOLOGÍA HOLÍSTICA ... 33
Building Block Methodology – Método de Bloques de Construcción (BBM) ... 33
Método de Referencia ... 35
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS ... 36
METODOLOGÍA ... 41
INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL ... 41
INVESTIGACIÓN DESCRIPTIVA ... 42
ÁREA DE ESTUDIO ... 42
Situación Actual ... 42
Ubicación ... 47
DELIMITACIÓN DE LA MICROCUENCA DEL RÍO CHALPI GRANDE Y UBICACIÓN DE LAS ESTACIONES HIDROMÉTRICAS ... 47
Ubicación de las Estaciones Hidrométricas ... 49
Obtención de datos históricos de la estación hidrométrica (H13)….. ... 54
CARACTERÍSTICAS BIOFÍSICAS ... 55
Relieve ... 55
Hidrografía ... 55
Ecosistemas y cobertura vegetal ... 57
Uso de Suelo ... 61
Caracterización Climática ... 63
ESTABLECIMIENTO DEL RÉGIMEN DE CAUDALES ... 66
Estudio de los componentes del régimen de caudales ecológicos ... 66
INVESTIGACIÓN DEDUCTIVA ... 66
MÉTODO DE TENNANT Y METODO DE TENNANT MODIFICADO ... 67
Cálculo del Caudal Ecológico mediante el Método de Tennant y Tennant Modificado ... 70
iii
RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ... 79
Descripción del cauce ... 79
Estación Hidrométrica Chalpi Grande - H13 ... 81
ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 84
COMPONENTES DEL RÉGIMEN HIDROLÓGICO ... 84
DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE CAUDALES MEDIOS INTERANUALES ... 84
CAUDALES MÍNIMOS INTERMENSUALES ... 86
CAUDALES MÁXIMOS INTERMENSUALES ... 87
CAUDALES MEDIOS INTERANUALES ... 88
ESTIMACIÓN DEL CAUDAL ECOLÓGICO: MÉTODO DE TENNANT. ... 89
ESTIMACIÓN DEL CAUDAL ECOLÓGICO: MÉTODO DE TENNANT MODIFICADO ... 93
DISCUCIÓN DE RESULTADOS ... 95
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 97
CONCLUSIONES ... 97
RECOMENDACIONES ... 98
BIBLIOGRAFÍA ... 99
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA Tabla 2.1. Definiciones de caudal ecológico de acuerdo a la bibliografía
internacional... 13
Tabla 2.2. Definiciones de caudal ecológico de acuerdo a la bibliografía internacional continuación ... ... 14
Tabla 2.3. Métodos hidrológicos según el tipo de caudal ecológico. ... 19
Tabla 2.4. Variación temporal en % del caudal medio anual. ... 21
Tabla 2.5. Resumen de otros Métodos Hidrológicos. ... 23
Tabla 2.6. Resumen de otros Métodos Hidrológicos continuación ... ... 24
Tabla 2.7. Métodos del enfoque hidráulico. ... 27
Tabla 2.8. Métodos del enfoque hidráulico continuación ... ... 28
Tabla 2.9. Fases de la Metodología IFIM. ... 32
Tabla 2.10. Fases esenciales dentro de la metodología BBM. ... 35
Tabla 2.11. Ventajas y desventajas de aplicación de las metodologías para la estimación de caudales ecológicos: Hidrológico, Hidráulico, Hidrobiológico y Holístico. ... 38
Tabla 2.12. Ventajas y desventajas de aplicación de las metodologías para la estimación de caudales ecológicos: Hidrológico, Hidráulico, Hidrobiológico y Holístico continuación ... ... 39
v Tabla 3.1. Características Morfométricas de la Microcuenca del Río Chalpi
Grande. ... 48
Tabla 3.2. Ecosistemas - Microcuenca Río Chalpi Grande. ... 57
Tabla 3.3. Cobertura Vegetal - Microcuenca del Río Chalpi Grande. ... 59
Tabla 3.4. Uso de suelo - Microcuenca del Río Chalpi Grande. ... 61
Tabla 3.5. Series de Precipitaciones (mm) – Estación Chalpi Grande (P46). Periodo 1981-2010. ... 63
Tabla 3.6. Precipitación - Año lluvioso, seco y promedio (Estación P46).. .. 64
Tabla 3.7. Descripción cualitativa de caudales - Tennant 1976. ... 68
Tabla 3.8. Caudales mínimos según el Método de Tennant. ... 70
Tabla 3.9. Promedios Mensuales de caudales naturales (m3/s). Periodo 1981 - 2010 (Estación Hidrométrica H13). ... 71
Tabla 3.10. Promedios Anuales de caudales naturales (m3/s). Periodo 1981 - 2010 (Estación H13). ... 72
Tabla 3.11. Promedios, Max y Min. (m3/s) Mensuales del periodo de análisis - Estación H13. ... 73
Tabla 3.12. Promedios, Max y Min. (m3/s) Mensuales del periodo de análisis - Estación H13 continuación … ... 74
Tabla 3.13. Calculo de porcentajes de acuerdo a la descripción cualitativa – Método de Tennant (Estación H13). Periodo 1981 – 2010. ... 75
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.1. Ubicación de la Cuenca del Río Chalpi Grande. ... 5
Figura 2.1. Método de perímetro mojado. ... 28
Figura 3.1. Ubicación general de las Etapas del Proyecto Ríos Orientales (PRO). Incluyendo la primera etapa Ramal Chalpi Grande – Papallacta. .... 45
Figura 3.2. Ubicación de la Primera Etapa del Proyecto Ríos Orientales (PRO), Ramal Chalpi Grande - Papallacta. ... 46
Figura 3.3. Ubicación - Estaciones Hidrométricas. ... 50
Figura 3.4. Estación Hidrométrica H13. ... 53
Figura 3.5. Sección de Aforos R013. ... 54
Figura 3.6. Captación del Sistema Ramal Norte existente. ... 56
Figura 3.7. Ecosistemas - Microcuenca del Río Chalpi Grande. ... 58
Figura 3.8. Cobertura vegetal predominante. ... 59
Figura 3.9. Cobertura Vegetal - Microcuenca del Río Chalpi Grande. ... 60
Figura 3.10. Uso de Suelo - Microcuenca del Río Chalpi Grande ... 62
Figura 3.11. Distribución Media de Precipitaciones (mm). Estación P46 (1981-2010). ... 64
Figura 3.12. Isolíneas de Temperatura Máxima. ... 65
Figura 3.13. Isolíneas de Temperatura Media. ... 65
Figura 3.14. Río Chalpi Grande - Márgenes Rocosos. ... 79
Figura 3.15. Río Chalpi Grande – Cobertura Vegetal. ... 80
Figura 3.16. Río Chalpi Grande - Material Acumulado. ... 80
ix
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1
Serie de Precipitaciones - Estacón pluviométrica Chalpi Grande P46. ... 105 ANEXO 2
Serie de Temperatura Media Mensual (°C) - Estación Papallacta M188. .. 107 ANEXO 3
x
RESUMEN
En el presente proyecto de titulación se propuso un régimen de caudales ecológicos para la microcuenca hidrográfica del río Chalpi Grande, ubicado en la provincia de Napo, cantón Quijos, entre los límites de las parroquias de Papallacta y Cuyuja. En vista a la importancia del rio para el abastecimiento y uso del recurso por la calidad de sus aguas, cubrir la demanda creciente del Distrito Metropolitano de Quito (DMQ) y mitigar los potenciales efectos del cambio climático. El rio Chalpi Grande constituye el denominado proyecto de agua potable “Ramal Chalpi Grande – Papallacta”, englobado dentro de la primera etapa del Proyecto Ríos Orientales (PRO), que tiene como objetivo satisfacer la demanda a corto y mediano plazo, a través del incremento de un caudal de 2,2 m3/s en la pileta del Sistema Papallacta I (Bombeo).
Para estimar el caudal ecológico del río Chalpi Grande se analizó diversos criterios metodológicos utilizados a nivel mundial, evaluando sus principales variables, enfoques, preferencias y requerimientos para su aplicación en el sistema. Con el objeto de adaptar la información existente de la microcuenca del río Chalpi Grande, se aplicó la metodología hidrológica con el uso específico de los métodos de Tennant y Tennant Modificado, analizando la media aritmética como parámetro estadístico de tendencia central sobre la serie de caudales registrados por las estaciones hidrométricas presentes en el río. En base a ello se propuso un criterio de distribución temporal de caudales ecológicos que satisfaga las necesidades ambientales del ecosistema local, considerando las condiciones del régimen natural.
xi
ABSTRACT
In the present project of qualifications there proposed a regime of minimum flows himself for the hydrographic watershed of the river Chalpi Grande located in Napo's province, canton Quijos, between the limits of the parishes of Papallacta and Cuyuja. In sight to the importance of the river for the supply and use of the resource for the quality of his waters, to cover the increasing demand of the Metropolitan District of Quito (DMQ) and to mitigate the potential effects of the climate change. The river Chalpi Grande constitutes the project called of drinkable water " Branch Chalpi Grande - Papallacta ", included inside the first stage of the Project Oriental Rivers (PRO), which the demand has as aim satisfy to short and medium term, across the increase of a flow of 2,2 m3/s in the sink of the System.
1
INTRODUCCIÓN
El desarrollo permanente del país, ha generado el incremento desproporcionado de la demanda de agua para cubrir las necesidades básicas de la población, lo que conlleva alteraciones de diversos tipos en los sistemas acuáticos, afectando los regímenes fluviales naturales que regulan el funcionamiento de los ecosistemas.
El manejo de agua ha sido tradicionalmente dirigido a satisfacer diferentes necesidades entre ellas de consumo, industrias, riego y generación de electricidad (Deveplopment, 1987).
Actualmente se ha desarrollado la necesidad de preservar los recursos hídricos, mediante la implementación de un manejo sustentable de los recursos naturales, asumiendo un punto de vista integral del sistema fluvial en el cual se contempla el cuidado de los ecosistemas acuáticos y los recursos que proveen (Dyson, 2003).
Es así que el abordar temas de aprovechamiento de recursos hídricos desde un enfoque integral, busca garantizar la sostenibilidad de los recursos naturales, intentando asegurar la disponibilidad del recurso para múltiples usos dentro de los cuales prima la conservación de los ecosistemas acuáticos (Jackson, y otros, 2001).
Considerando lo anterior y debido a los altos índices de intervención humana en los ríos, es necesario conservar un nivel de agua en los sistemas acuáticos que permita mantener la dinámica funcional entre los mismos, esta cantidad de agua necesaria se denomina “caudal ecológico o ambiental”.
2 del caudal medio anual (Tennant, 1976). Siendo éste proporcional a las variaciones estacionales.
El caudal ambiental en un sistema acuático se define como la determinación de cuánta agua del régimen fluvial debe conservarse para mantener las características funcionales de un ecosistema (Thrame, 2003). Se sugiere como una forma alternativa de encontrar el equilibrio entre las necesidades del ecosistema para mantener las especies y asegurar tanto las funciones y capacidades de recuperación del sistema acuático, como las necesidades económicas y sociales existentes (Dyson, 2003).
PROBLEMA
En la subcuenca alta del río Chalpi Grande existen sectores altamente intervenidos por el ser humano (Briones, 2003). La alteración más impactante está dada por actividad ganadera. Los comuneros de Oyacachi, Caparina, Sigsipamba, llevan a pastar su ganado vacuno hacia las lagunas. Esta actividad ha destruido la cobertura vegetal, compactando el suelo y disminuyendo la capacidad de retención hídrica del mismo, además de contaminar el agua a través de sus desechos. Esta situación también ha aumentado la disponibilidad de nutrientes e incrementado los niveles de colmatación de los humedales (Dyson, 2003).
En los últimos años la crisis del recurso hídrico se ha vuelto más evidente; exponiendo la escasez y por ende la mala distribución del mismo; ante esta situación los regímenes de caudales ambientales se han planteado como una herramienta de interés dentro de la Gestión Integral del Recurso Hídrico (GIRH), y como una solución para sobrellevar los constantes cambios a los que están expuestos los ríos (Izquierdo & Madroñero, 2013).
3 con carácter general a los sistemas de explotación, con la única excepción del abastecimiento a poblaciones.
De acuerdo al marco legal se señalan aspectos relacionados con la necesidad de dedicar esfuerzos científico-técnicos para definir lineamientos confiables para determinar y evaluar las demandas ecológicas relacionadas con los sistemas fluviales, la cantidad y la calidad del agua, de manera que el caudal pueda sostener la diversidad hidrobiológica y socioeconómica de sus distintos sectores hidrológicos (Tennant, 1976).
La gestión ambiental de los recursos hídricos afronta desafíos con respecto a las altas demandas de agua, sin embargo intenta asegurar la disponibilidad para múltiples usos enfocados en la sustentabilidad equilibrada entre las relaciones del ser humano y la naturaleza (Mesa, 2009).
Estas intervenciones generan impactos significativos reduciendo los caudales totales de los ríos, afectando su estacionalidad, magnitud y periodicidad (Raven & Homes N. T., 2000).
En el caso del río Chalpi Grande ubicado en la provincia de Napo, Cantón Quijos, límite de las parroquias de Papallacta y Cuyuja, como se detalla en la Figura 1.1. El área de la cuenca aportante en el sitio de la estación hidrométrica Chalpi Grande (H13) es 98,70 Km2, y corresponde a uno de los ríos con mayor factibilidad para la captación de caudales, conducción de agua potable y producción de energía eléctrica, englobados en el proyecto de agua potable “Ramal Chalpi Grande-Papallacta”, cuya finalidad es aumentar en 2,2 m3/s los caudales disponibles en la pileta del Sistema Papallacta. El aprovechamiento de este río se debe a los siguientes aspectos:
1.- Incremento de la demanda futura
4 3.-Cambio Climático
4.-Calidad del agua del río Tuminguina 5.-Generacion de energía limpia
6
JUSTIFICACIÓN
La cuenca de estudio del río Chalpi Grande afluente del río Papallacta cubre un área de 98,70 Km2; este espacio geográfico se encuentra ubicado en la provincia de Napo, Cantón Quijos, en el límite de las parroquias de Papallacta y Cuyuja representado en la Figura 1.1, constituye una de las fuentes de captación para el sistema Papallacta conjuntamente con las micro cuencas del río Papallacta y del río Oyacachi, cuyo objetivo es incrementar el caudal del sistema para salvaguardar el abastecimiento de agua potable para el DMQ. El río Chalpi Grande es un afluente del río Papallacta río abajo de la confluencia con el río Blanco Chico. Las cabeceras del río se encuentran en una larga área de páramos, dentro de la Parque Nacional Cayambe Coca (PNCC), después el río baja con fuerte pendiente en un bosque nublado (Fossati & Calvez, 2006).
7 ecológicos de manera explícita, por ejemplo: 1) Constitución, 2) Normas técnicas ambientales para la prevención y control de la contaminación ambiental para los sectores de infraestructura: eléctrico, telecomunicaciones y transporte (puertos y aeropuertos), 3) Acuerdo Ministerial del Ministerio de Ambiente 155 (R.O. 41 del 14 marzo 2007), 4) Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del Agua (6-agosto-2014) y su Reglamento (Abril-2015); y, 5) Ley del sector eléctrico (Noviembre -2014).
Los problemas de disponibilidad de agua de buena calidad, aumentan conforme el crecimiento de las ciudades, industrias, requerimientos energéticos y el agotamiento de recursos. Simultáneamente existe la creciente necesidad de mantener el régimen de caudales en los ríos, para sustentar la biodiversidad y beneficios ecosistémicos (Dyson, 2003).
La constante demanda de satisfacer las necesidades de agua de las poblaciones, determina que los sistemas acuáticos sean susceptibles de alteraciones de diversos tipos. Estos sistemas acuáticos se encuentran amenazados debido a degradación del hábitat, modificaciones en el flujo generado por construcciones hidráulicas, especies invasoras, sobreexplotación, contaminación química, entre otras (Martinez, 2012).
Además, las modificaciones a través de la construcción de presas, embalses y sustracciones para uso agrícola y urbano han ocasionado alteraciones en el caudal (cantidad) de los ríos. Estas intervenciones generan impactos significativos reduciendo los caudales totales, afectando su estacionalidad, magnitud y periodicidad (Raven & Homes N. T., 2000).
8
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el caudal ecológico del río Chalpi Grande, afluente del río Papallacta, subcuenca del río Coca, para manejo sustentable del recurso hídrico.
OBJETIVO ESPECÍFICOS
1. Analizar las metodologías existentes para la determinación de caudales ecológicos y evaluar la más adecuada a la zona de estudio.
2. Recopilar y analizar la información necesaria de acuerdo a la metodología establecida.
9
MARCO TEÓRICO
CONCEPTUALIZACIÓN
Y
ASPECTOS
TÉCNICOS
SOBRE CAUDAL ECOLÓGICO
ANTECEDENTE DEL CONCEPTO DE CAUDAL ECOLÓGICO Los recursos hídricos de la República del Ecuador están sujetos en su totalidad a una presión relacionada con la alta demanda del agua, siendo fundamental satisfacer las diferentes necesidades que dependen de la misma, asegurando su disponibilidad para múltiples usos, contemplando la conservación de los ecosistemas acuáticos como uno de los ejes prioritarios (Jackson et al., 2001).
Entre los usos múltiples del agua superficial y subterránea, se destaca su uso por parte de la biota como habitad natural, teniendo en cuenta aspectos cuantitativos, cualitativos y ecológicos, se debe considerar los procesos de intervención antrópica que han generado modificaciones en las características de calidad y cantidad del recurso (Díez Hernández, 2008).
“La Gestión Integrada del Recurso Hídrico (GIRH) es una de las
herramientas más actuales y prácticas para el uso, manejo y conservación
del agua” (Izquierdo, M., 2013), considerando el aprovechamiento del agua,
la tierra y demás recursos naturales, en busca del bienestar social y económico, sin generar afecciones al ecosistema (Izquierdo & Madroñero, 2013).
10 La tendencia mundial de incorporar el concepto de caudales ecológicos dentro del manejo integrado de recursos hídricos empieza a verse reflejada en las diferentes políticas y aspectos legales en varios países con diversos niveles de desarrollo. (Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014). España incorporó el concepto de caudal ecológico en su reforma del 2001 a la Ley de Aguas, buscando una forma de cuantificar las restricciones de uso del recurso (Baeza & Vizacno, 2008). En Sud áfrica se establece que la autoridad responsable debe velar por el manejo del recurso sin comprometer el funcionamiento natural del ambiente, así como también se determina la necesidad de una reserva ecológica de agua para mantener el funcionamiento ecológico del sistema y satisfacer las necesidades básicas de la población. “Nueva Zelanda y Australia se encuentran integrando a la política de gestión de recursos hídricos el concepto de requerimientos
ambientales de agua” (Armcanz & Anzecc, 1996); (Horner, 2001).
En América Latina la introducción del concepto “Caudal ecológico” se enfoca en aspectos de índole institucional y normativo, identificando una limitante en la introducción de la herramienta de caudal ecológico en el marco legal de cada país (UNESCO, 2005). Costa Rica y Colombia han planteado una reforma de la Ley de Aguas, constituyendo la determinación de caudales ecológicos en los sistemas acuáticos, previo el otorgamiento de una concesión (Díez Hernández, 2008); (Pizarro, 2004). (Reiser, Wesche, & Estes, 1989) (King, Tharme, & Brown, 1999) (King, Brown, & Sabet, A scenario - based holistic approach to environmental flow assessments for rivers., 2003) (Brown & King, 2003) (Acreman & Dunbar, 2004) (Palau, 2003).
11 una de las más completas debido a que se maneja en tres ejes : ecológico, hidráulico e hidrológico.
Reformas a nivel normativo necesarias debido al entendimiento del funcionamiento de los sistemas acuáticos, que permiten implementar una eficiente gestión de recursos hídricos de la mano del desarrollo. “Actualmente se reconoce que el funcionamiento natural e integral del sistema fluvial depende de una gran cantidad de variables que modelan el
hábitat de las especies y controla los procesos ecosistémicos” (Rodriguez,
Chreties, Crisci, & Fernández, 2014).
Ecuador no solo ha cambiado el paradigma de funcionamiento de los ríos como simples transportadores de agua medida en términos de caudales, sino que también ha generado un cambio en la concepción del manejo de un sistema fluvial como un todo, considerando rangos de variaciones determinadas por el régimen hidrológico. La inclusión de la herramienta “caudales ecológicos” impulsa la ejecución progresiva y sostenida de estudios para el máximo aprovechamiento de ríos que constituyen fuentes proveedoras de agua para consumo humano y generación de hidroelectricidad (FONAG, 2014).
DEFINICIONES PARA CAUDAL ECOLÓGICO
12 erróneamente como sinónimos pero cada uno presenta diferencias sustanciales.
“Los caudales ecológicos implican un umbral por encima del cual una especie se mantiene. Mientras que los caudales ambientales se enfocan en
asegurar las necesidades de las especies y también aquellas fijadas por la
sociedad.” (Gaviño, 2007). Generalmente el término caudal ambiental se
encuentra asociado a un régimen hidrológico y no simplemente a un valor de caudal único.
En general la definición de caudal ecológico se refiere a la provisión de agua en los ríos y sistemas asociados de suficiente calidad, cantidad, estacionalidad y duración, para mantener un ecosistema acuático. Por su parte el caudal ambiental incluye la suficiente disponibilidad de agua en los ríos para mantener su adecuado funcionamiento, asegurando las necesidades ecológicas de las especies y los beneficios ambientales, económicos y sociales aguas abajo (Pinilla, Rodríguez, & Camacho, 2013).
13 Tabla 2.1. Definiciones de caudal ecológico de acuerdo a la bibliografía
internacional.
Definición Referencia
“Cantidad de agua que debe dejarse en el río para mantener los recursos.”
Reiser et al. (1989)
“Niveles del régimen hidrológico gestionados para mantener la biota del río y los bienes y servicios valorados socialmente asociados al ecosistema.”
Richter et al. (1997)
“Cantidad del régimen hidrológico original de un río que debería seguir fluyendo aguas abajo para mantener los diferentes valores característicos específicos del sistema.”
King et al. (1999)
“Cantidad del régimen hidrológico original de un río que debería
seguir fluyendo aguas abajo y hacia las planicies de inundación para mantener valores característicos específicos del ecosistema.”
Tharme (2003)
“Régimen hídrico que se establece en un río, zona costera o
humedal para sustentar el equilibrio del ecosistema, permitiendo la extracción de agua para satisfacer necesidades sociales.”
Dyson et al. (2003)
“Agua que se deja en el sistema con fin de gestión especifico asociado con las condiciones del ecosistema.”
King et al. (2003), Brown & King (2003)
“Caudal mínimo necesario en una fuente o curso fluvial, para preservar la conservación de los ecosistemas fluviales actuales, en atención a los usos de agua comprometidos, a los requerimientos físicos de la corriente fluvial, para mantener su estabilidad y cumplir sus funciones tales como, dilución de contaminantes, conducción de sólidos, recarga de acuíferos y mantenimientos de las características paisajísticas del medio.”
Ormazabal (2004)
“Cantidad o volumen de agua requerido para mantener la salud de un río, buscando compensar varias consideraciones.”
14 Tabla 2.2. Definiciones de caudal ecológico de acuerdo a la bibliografía
internacional continuación ...
Caudal que puede establecerse como complemento de caudales mínimos o de mantenimiento, con una única finalidad en específico, ajena a la conservación de la biota y enfocada en aspectos abióticos (uso recreativo, paisajístico, uso industrial, entre otros.)
Palau (2003)
“Caudal mínimo necesario para asegurar la supervivencia de un ecosistema acuático preestablecido.”
UNESCO (s.f)
“Cantidad, periodicidad y calidad del caudal de agua que se
requiere para sostener los ecosistemas dulceacuícolas, estuarios y el bienestar humano que depende de estos ecosistemas.”
Declaración de Brisbane (2007)
(Carvajal, Castro , & Cantera, 2009).
En sus inicios la definición del concepto de caudal ecológico se centró en términos cuantitativos, es decir que se relacionaba con la cantidad de agua y niveles de caudales mínimos para asegurar la conservación de las especies y del medio. Hoy en día engloba todos los elementos del régimen hidrológico abarcando caudales mínimos, intermedios y caudales extremos (Acreman & Dunbar, 2004); (Proff, y otros, 1997). Durante la Declaración de Brisbane en 2007 se incluyeron referencias especificando la importancia de la calidad del agua en los sistemas acuáticos y su mantenimiento como prioridad para el aprovechamiento y conservación.
El concepto surge ante la necesidad de establecer límites para la alteración del régimen hidrológico, estableciendo que las cantidades de agua sean suficientes para conservar los recursos acuáticos (Reiser, Wesche, & Estes, 1989).
15 conservar los valores naturales, culturales y de interés científico (Thrame, 2003).
La variación en los conceptos y definiciones de caudales ecológicos está asociada al enfoque metodológico, los cuales presentan una visión holística, donde se precisa mejorar la gestión de los recursos hídricos planteando una perspectiva para sostener la integridad y biodiversidad de los ecosistemas mediante el régimen hidrológico natural. Según Proff y otros, (1997) el régimen hidrológico comprende cinco grupos de variables (magnitud, frecuencia, duración, ritmo y tasa de cambio) que caracterizan el rango de variación del régimen y fenómenos externos como periodos de inundación y de sequía. Es así que la herramienta caudal ecológico busca un uso sustentable del recurso considerando las consecuencias de las actividades antrópicas y las particularidades que modifican las variables del régimen hidrológico (Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014).
DEFINICIONES OFICIALES DE “CAUDAL ECOLÓGICO” EN ECUADOR
La definición legal utilizada en el documento de Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del Agua. (6-Agosto-2014). Establece lo siguiente:
Artículo 76.- Caudal ecológico. “Para los efectos de esta Ley, caudal
ecológico es la cantidad de agua, expresada en términos de magnitud,
duración, época y frecuencia del caudal específico y la calidad de agua
expresada en términos de rango, frecuencia y duración de la concentración
de parámetros que se requieren para mantener un nivel adecuado de salud en el ecosistema.”
16 tomando en cuenta factores relevantes como la calidad del recurso en términos de frecuencia, lo que establece una diferenciación acerca del nivel óptimo deseado para un sistema hídrico.
Para efectos de la Norma para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental del Recurso Agua en Centrales Hidroeléctricas – Libro VI Anexo 1B. Acuerdo Ministerial del Ministerio de Ambiente 155 (R.O. 41 del 14 marzo 2007), la norma establece la siguiente definición de caudales ecológicos:
“Es el caudal de agua que debe mantenerse en un sector hidrográfico del río, para la conservación y mantenimiento de los ecosistemas, la
biodiversidad y calidad del medio fluvial y para asegurar los usos
consuntivos y no consuntivos del recurso, aguas abajo en el área de
influencia de una central hidroeléctrica y su embalse, donde sea aplicable. El
caudal ecológico debe ser representativo del régimen natural del río y mantener las características paisajísticas del medio.”
17
DESCRIPCIÓN
DE
LA
CLASIFICACIÓN
DE
METODOLOGÍAS DE ESTIMACIÓN DE CAUDALES
ECOLÓGICOS
La metodología para determinar caudales ecológicos es numerosa a nivel mundial y generalmente es agrupada en cuatro grandes categorías (Hidrológicos, Hidráulicos, Simulación de hábitats y Holísticos), existen también otros métodos que engloban combinaciones de diferentes tipos de métodos, “estos enfoques involucran desde procedimientos simplemente
hidrológicos hasta el uso de herramientas computacionales; utilizando
información hidrológica, biológica, hidráulica, geomorfológica y, componentes sociales y económicos” (Izquierdo & Madroñero, 2013). Sin embargo, para objeto del presente trabajo se estudiarán las principales cuatro categorías.
METODOLOGÍA HIDROLÓGICA
Los métodos hidrológicos o métodos basados en el análisis de registros históricos, constituyen una de las metodologías más rápidas o simplificadas para la determinación y estimación de caudales ecológicos (Izquierdo & Madroñero, 2013), donde se “considera que las comunidades ribereñas han evolucionado sometidas a determinados tipos de regímenes de caudales”
(Jamett & Rodriguez, 2013), de modo que los organismos se encuentran adaptados a las variaciones estacionales propias del régimen hídrico de una corriente y a sus tendencias históricas, de modo que el estudio de las series hidrológicas proporciona una estimación de un régimen de caudales ecológicos, es decir que los “métodos hidrológicos asumen que reservando una porción de los caudales históricos es posible preservar los ecosistemas”
18 registros históricos de las diferentes estaciones de aforo o aproximaciones de modelos numéricos hidrológico-hidrodinámicos.
Este método no requiere un trabajo de campo específico y asume que los caudales medios permitirán el correcto mantenimineto de las comunidades acuáticas, al ser una metodología de obtención de caudales rápida se debe contar con buenos registros (datos diarios o mensuales) del tramo de estudio. Sin embargo su viabilidad de aplicación está condicionada por el tipo, calidad y la cantidad de información disponible del curso de agua. (Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014)
Al no incorporar una relación entre componentres biológicos e hidrológicos existe cierta variación e imprecisión que puede suponer la utilización de los métodos hidrológicos, ya que al realizar una extrapolación a otra región con caracteristicas totalmente diferentes a las del estudio original puede no presentar una validez ecológica significativa (Acreman & Dunbar, 2004).
Sin embargo, los métodos hidrológicos son los métodos más utilizados para la planificación y gestión de recursos hídricos, debido a que la aplicación de los demás métodos no siempre es adaptable a escala regional y dependen del tramo del cauce en donde sean aplicados (Baeza & Vizacno, 2008). Siendo la metodología hidrológica una herramienta para una planificación específica, como lo afirma Palau, (2003) “son aplicables a distintas escalas desde la de la planificación hidrológica hasta la de tramos de río concretos.”
19 Tabla 2.3. Métodos hidrológicos según el tipo de caudal ecológico.
Métodos que establecen un único valor de caudal ecológico para todo el año.
Métodos que establecen un valor de caudal para cada mes.
Métodos que proporcionan
información de acuerdo al régimen de caudales
a) Porcentaje de caudal medio anual del curso.
Método de Montana – Tennant (1976).
b) Basados en la curva de
permanencia de
caudales diarios.
Método Hope
c) Basado en forma proporcional a la cuenca.
Método de Robinson – Stalnaker & Arnette (1976)
d) Basados en el caudal
mínimo semanal
relacionado con un determinado periodo de retorno.
Métodos 7Q Pyrce (2004)
a) Porcentaje del
caudal medio
mensual.
b) En función de la
curva de
permanencia de
caudales diarios para c/u de los meses del año.
Método
NGPRP-USA
Magnitud, frecuencia, duración, momento y tasas de cambio (Proff, y otros, 1997); (Richter, Baumgartner,
wigington, & Braun, 1997).
a) Método de
aproximación por
rangos de
variabilidad RVA
(Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014)
Al existir una gran variedad de metodologías, el enfoque de cálculo va a estar sujeto a diversos aspectos como: disponibilidad de datos, complejidad del sistema, relevancia del cuerpo hídrico y urgencia del problema (Bustamante, 2011).
20 Método de Tennant (1976)
Creado en el año de 1976 en Estados Unidos, Tennant (1976) desarrolló este método basado en corrientes que no presentaban alteraciones como represas, diques o cualquier otra estructura de regulación (Arthington, 1998), que alterase de alguna forma el flujo normal del río (Castro & Carvajal, 2009). El estudio contemplaba observaciones y mediciones de once ríos de los estados de Montana, Wyoming y Nebraska, que reunía información estadística obtenida a lo largo de diez años, las mediciones presentaban un carácter biológico para una especie específica “la Trucha” (Castro & Carvajal, 2009).
Tennant (1976) propone dividir el año en periodos, diferenciando una época lluviosa y una seca, en las cuales se recomiendan porcentajes del caudal medio interanual, relacionados con grados de conservación, según los datos detallados en la Tabla 2.4 para mantener una calidad del hábitat determinada (Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014). Este método presenta parámetros indicadores que garantizan el mantenimiento y desarrollo del ecosistema, tales como: Velocidad de la corriente, profundidad y ancho del cauce. Con lo que se logró “encontrar una relación entre el
21 Tabla 2.4. Variación temporal en % del caudal medio anual.
Categoría de Caudal
Recomendación del régimen de caudal base Octubre – Marzo Abril - Septiembre
Abundante 200 200
Rango óptimo 60-100 60-100
Excepcional 40 60
Excelente 30 50
Bueno 20 40
Degradación 10 30
Pobre o mínimo 10 10
Degradación severa <10 <10
Tennant, 1976 citado por (Castro & Carvajal, 2009).
Una de las principales limitantes o críticas del método Montana – Tennat es su aplicación a cualquier otro afluente que no comparta similitud de características (hidrológicas, geomorfológicas y ecológicas) a los cuerpos acuáticos de Estados Unidos (Castro & Carvajal, 2009).
Método Hope
El método Hope corresponde a una extensión del método NGPRP (Método de Northern Great Plains Resource Program), destinados a ser utilizados en cuencas que poseen una escasa información, este maneja series hidrológicas de caudales medios diarios (Pinilla, Rodríguez, & Camacho, 2013), estableciendo una relación entre los percentiles de la curva de duración caudales y las condiciones favorables para la biota para especies salmónidas (Castro , Carvajal, & Monsalve, 2006).
22 sin embargo es un método aplicable a los ríos con condiciones favorables (Gordon, Mahon, & Finlayson, 1992).
Método de Caudal Medio Base – Average Base Flow Method (ABF)
Constituye uno de los métodos más sencillos y utilizados para la planeación de proyectos hidroeléctricos, en este se define y propone un caudal mínimo para la época de verano, debido a las condiciones extremas a las cuales las especies del cauce se exponen durante este periodo, por lo tanto para poder definir el caudal mínimo es necesario una serie de registros de 25 años (Castro & Carvajal, 2009). Según Rodríguez (2014) el caudal ecológico se calcula como la media aritmética de los valores de la mediana calculada para los caudales medios diarios del mes más seco de cada año de la serie.
El método de caudal medio base también estima caudales medios para corrientes carentes de registros, en los cuales se toman en cuenta los rendimientos hídricos definidos para tres periodos diferentes como son:
“caudal medio de agosto 0.5 pies3/s * milla2 de área drenante (cfsm); caudales altos en otras épocas del año para migración, desove y diferentes
necesidades biológicas 1.0 cfsm; para invierno y primavera 4.0 cfsm”
(Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014); (Castro , Carvajal, & Monsalve, 2006); (Castro & Carvajal, 2009).
Al ser un método de fácil aplicación no siempre resulta ser el medio más útil, por las diversas alteraciones que sufre un río a lo largo del año y los cortos periodos de tiempo que resisten las especies a las fluctuaciones del medio.
Método del Rango de Variabilidad – RVA
23 frecuencia, magnitud, duración y periodicidad (Richter, Baumgartner, wigington, & Braun, 1997) , proporcionan información del rango en el que puede variar los caudales sin generar alteraciones ni perjudicar el ecosistema fluvial (Schoeller & Sánchez, 2005).
Las Tablas 2.5 y 2.6 presentan información resumida de otros métodos utilizados dentro de la metodología hidrológica.
Tabla 2.5. Resumen de otros Métodos Hidrológicos. Método Contenido / Propuesta
Método del Estudio Nacional del Agua (ENA, 2000, MAVDT, 2004 )
Recomienda estimar un caudal ambiental constante, definido como el caudal promedio multianual de mínimo 5 a máximo 10 años que permanece el 97.5% del tiempo y cuyo período de recurrencia es de 2.33 años.
Fracción Constante del Caudal Medio Multianual (Autoridad
Nacional del
Ambiente (ANAM), 2007)
Propone realizar la estimación de un caudal ambiental constante igual a un porcentaje de descuento (10%) del caudal medio multianual de la corriente.
Método de Northern
Great Plains
Resource Program (NGPRP, 1974)
Caudal ambiental estimado a nivel mensual, para condiciones hidrológicas normales y para ríos con especies salmónidas, determinado a partir de las curvas de duración de caudales medios diarios para el mes analizado, considerando para meses secos el caudal ambiental como el Q90% y para los meses húmedos como el Q50%. Existe una modificación del método, propuesta por Loar y Sale (1981) en la que el Q90% se reemplaza por el Q84%.
Método 7Q10
(Chiang y Johnson, 1976)
Relacionado con el establecimiento de estándares de calidad de agua en corrientes, para propósitos de control de la contaminación (Singh, 1974), pero cuyas aplicaciones se han extendido al caso de estimación de caudales ambientales. La estimación del caudal ambiental se realiza a partir del cálculo del caudal mínimo promedio con duración de 7 días y período de retorno de 10 años. Caisse y Al-Jabi (1985), han demostrado que mediante este método los caudales ambientales tienden a subestimarse de forma importante.
Método de Arkansas (Filipek et al., 1987)
Corresponde a una modificación del método de Tennant que incorpora estacionalidad al régimen de caudales y para ello utiliza una fracción de las series.
Método Danés Recomienda estimar el caudal ambiental como la mediana multianual de los caudales mínimos diarios
24 Tabla 2.6. Resumen de otros Métodos Hidrológicos continuación ...
Método de Georgia (Georgia Dept. of Natural Resources, 1995)
Propone estimar el caudal ecológico en corrientes naturales como el 30% del caudal medio multianual y en ríos regulados de acuerdo con el método de Tennant.
Método de Texas (Bounds y Lyon, 1979)
Estima durante períodos húmedos y secos los caudales ecológicos como un porcentaje de la mediana de los caudales medios mensuales (0.60 y 0.4, respectivamente).
(Mesa, 2009)
Estos tipos de métodos se acogen a criterios específicos relacionados directamente con el componente hidrológico, posibilitando asegurar la cantidad mínima de información disponible de las características de un río (Pinilla, Rodríguez, & Camacho, 2013).
Criterios Hidrológicos. a) Información Hidrométrica
Número necesario de estaciones hidrométricas, que brinden series de datos requeridos, haciendo posible la caracterización del régimen hídrico y balance hídrico. Pinilla, G. y otros, (2013) y Mesa, D., (2009) recomiendan series de datos mayores a diez años de caudales mínimos diarios y medios diarios, que engloben periodos húmedos, secos y normales.
b) Consistencia y Calidad de la Información hidrométrica primaria
Según Turkey, (1997) debe existir una cierta confiabilidad, consistencia y homogeneidad de los registros existentes, de los cuales es necesario determinar la validez e incertidumbre de la curva de calibración.
c) Variabilidad hidrológica interanual y estacional de la corriente
inter-25 anualmente los promedios de los periodos relacionados con la Zona de Convergencia Intertropical (Mesa, 2009); (Poveda, 2004).
d) Consistencia de la propuesta hidrológica apegada a metodologías internacionalmente reconocidas
Para garantizar las estimaciones de los caudales ecológicos es fundamental acogerse a una propuesta hidrológica con metodologías aplicables y hasta cierto punto replicables con las características del cuerpo hídrico en estudio.
e) Análisis comparativo de las características hidrológicas
Comparación de las series naturales y las series reales presentes después de la implementación o intervención de un proyecto. Siendo posible establecer los diferentes niveles de intervención antes y después de un proyecto, esto a partir de percentiles de la curva de duración de caudales (Pinilla, Rodríguez, & Camacho, 2013).
METODOLOGÍA HIDRÁULICA O DE VALORACIÓN HIDRÁULICA
La metodología de valoración hidráulica se presenta como una mejora ante las técnicas hidrológicas, contemplando la relación entre el caudal del río y una característica del cauce que puede ser: velocidad, profundidad máxima, perímetro mojado, es decir que el enfoque hidráulico incorpora la variable ecológica (caudal + ecología) (Castro & Carvajal, 2009) de acuerdo a siguiente expresión:
𝑄𝑒𝑐 − 𝑣ℎ = 𝑄% + ƒ(𝑉, 𝑃, 𝑝𝑚) [1]
Donde:
𝑄%: Porción de caudales históricos (Hidrológicos)
26
P: Profundidad
pm: Perímetro mojado
El fin de los métodos hidráulicos, es analizar la variación existente entre los diferentes parámetros hidráulicos en secciones transversales definidas como limitantes para la capacidad de la vida acuática (Castro , Carvajal, & Monsalve, 2006); (Guevara & Rodríguez, 2013)
Según Guevara, E & Rodríguez, C (2013), es fundamental indicar que para cada una de estas variables (profundidad, velocidad, perímetro mojado) es necesario establecer valores limitantes para la fauna acuática, siendo de importancia desarrollar estudios entorno a la relación entre caudal-hábitat y los valores límites.
A diferencia de la metodología hidrológica, los métodos hidráulicos si incorporan la variable ecológica en su enfoque, siendo una ventaja ante diferentes propósitos como: mantener hábitats específicos, tránsito y reproducción de especies acuáticas. Sin embargo también presenta algunas desventajas al no evaluar la totalidad de factores influyentes y ser un poco costosa su implementación.
27 caudal determinado (Guevara & Rodríguez, 2013); (Izquierdo & Madroñero, 2013).
A continuación describiremos en las Tablas 2.7 y 2.8 los métodos más utilizados dentro de la metodología hidráulica.
Tabla 2.7. Métodos del enfoque hidráulico.
Método Contenido / Propuesta
Método del perímetro mojado
Se basa directamente en el área húmeda del hábitat, interrelacionando la superficie útil (Alimento, refugio, reproducción, entre otras.) con el caudal circundante.
Si no se tienen los datos para definir la superficie útil, se propone adoptar un punto de inflexión de la gráfica de caudal en función del perímetro mojado (Guevara & Rodríguez, 2013).
Así el cálculo del caudal mínimo necesario se realizará mediante las relaciones existentes entre los caudales circundantes y el perímetro mojado.
Esta técnica busca establecer un índice de disponibilidad de alimento para los peces, relacionando cantidades: a mayor cantidad de agua, mayor cantidad de alimento disponible, mayor espacio aprovechable como hábitat para la comunidad acuática (Castro & Carvajal, 2009).
Para su aplicación es necesario localizar un tramo del río que se considere más sensible a las variaciones de caudal durante los diferentes periodos (punto crítico), luego se construirá una curva que relaciona el perímetro mojado con el caudal del río (Castro & Carvajal, 2009).
28 Tabla 2.8. Métodos del enfoque hidráulico continuación ...
Figura 2.1. Método de perímetro mojado.
Olivares, P. (2004). Estimación de Caudales Ecológicos.
“Un primer punto que relaciona la variación del perímetro mojado con el caudal, definiendo el caudal óptimo. A partir de ese primer punto se extrae un 2do punto de inflexión, que revelará un caudal generador (Caudal de plena ocupación de la sección ordinaria del río)” (Guevara & Rodríguez, 2013).
Método R2cross Este selecciona un tramo específico del río, con el objetivo de mantener y preservar su estado ecológico (protección del hábitat) haciendo uso de parámetros como: perímetro mojado, profundidad y velocidad (Díez Hernández, 2008).
Método de Idaho Este método establece valores referentes de rangos de velocidad, profundidad que podrían satisfacer las necesidades de aquellas especies involucradas en el río.
Es decir que este método no realiza un cálculo específico sino que recomienda un valor base del caudal ecológico para ciertos ríos con características específicas.
(Guevara & Rodríguez, 2013)
29 caudales que contribuyan con la conservación de hábitats para una producción especifica de especies acuáticas. Sin embargo limita su enfoque para valorar otro tipo de ecosistemas fluviales localizados fuera del mismo cuerpo de agua. Dado que un ecosistema acuático presenta tramos y lapsos de alteraciones de sus caudales, éstos pueden representar variaciones en la calidad de agua y sobre la biota (Smith, Bode, & Kleppel, 2007).
METODOLOGÍA HIDROBIOLÓGICA
La metodología hidrobiológica o Método de Simulación de Hábitats está basada en el análisis a fondo de la cantidad idónea de agua y convivencia del hábitat disponible para la biota (especies piscícolas) (Castro & Carvajal, 2009), bajo regímenes hidrológicos que simulan diversos escenarios (Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014). Según Sánchez, R y Martínez, J (2011), la metodología hidrobiológica se centra en las relaciones cuantitativas entre los caudales circundantes, muchos de los parámetros físicos que determinan el hábitat y los requerimientos de hábitat de determinadas especies.
En si la relación que se toma en cuenta en los métodos de simulación de hábitats, son las especies y las diversas características a las cuales se encuentran adaptadas; características hidráulica, estructurales y geomorfológicas (Jamett & Rodriguez, 2013), buscando las condiciones a las cuales las especies pueden estar presentes. Con la implementación de esta metodología se busca llegar a un concepto definido como Hábitat Potencial Útil (HPU), con lo cual se podrá definir un régimen de caudal para el río de estudio (España, 2013).
“El hábitat potencial útil permite conocer las posibilidades de uso del rio por las diferentes especies; en función de las características de la corriente y
30 profundidad), características del cauce (sustrato y cobertura) y características del agua (temperatura), óptimas para cada especie y estado
de vida (Emerson & Parra, 2012).
Para el desarrollo de esta metodología, es necesario tener en cuenta los procesos que estructuran los diferentes hábitats del río, así como la escala a la cual sea necesario realizar el análisis del caudal ecológico (sector, tramo, sitio, parche) (Pinilla, Rodríguez, & Camacho, 2013). Sin embargo su implementación se ve restringida, debido a la alta demanda de información requerida, que incluyen una serie de estudios y análisis de parámetros fisicoquímicos, tróficos, morfohidráulicos, variables hidráulicas, información batimétrica, topográfica, ecológica, así como un alto conocimiento en las ciencias relacionadas (Castro , Carvajal, & Monsalve, 2006).
Método incremental para la asignación de caudales
También conocido como el método IFIM- (Instream Flow Incremental Methodology), en el cual se considera la integración de diversos factores (hidráulico, biológico, ecológico, entre otros.) basadas en las relaciones cuantitativas “obtenidas por simulación” que determinan los “beneficios y consecuencias de las diferentes alternativas de manejo de agua, según la variabilidad del Hábitat Potencial Útil (HPU) en el tiempo y el espacio”
(Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014) (Castro , Carvajal, & Monsalve, 2006) (Thrame, 2003) (Smith, Bode, & Kleppel, 2007).
Para determinar el Hábitat Potencial Útil (HPU) en función del caudal circundante en el curso de agua se realiza de acuerdo a lo siguiente:
31 b) Posteriormente se consideran las curvas de preferencia de hábitats de las especies en función de parámetros relevantes para el estudio como por ejemplo: (Hidráulicos – profundidad, velocidad y no hidráulicos como el sustrato).
c) La determinación del HPU asociada a cada especie y a su estado de desarrollo dependerá del rango de caudales definidos previamente y se considerara a partir de la siguiente expresión:
𝐻𝑃𝑈 = Ʃ𝑃𝑖 ∗ 𝐴𝑖 [2]
Donde:
Pi: Representa la media (aritmética o geométrica) de los niveles de preferencia de la pecto a los parámetros considerados en la celda i especie indicadora res (cuyos valores se obtienen de la modelación hidrodinámica). Ai: Área de la celda i.
La metodología IFIM evalúa los efectos de las alteraciones o cambios existentes en los caudales sobre el hábitat en estudio; donde se simula las condiciones mediante software computacional (PHABSIM – Physical Habitat Simulation Model), el cual calcula las variables que podrían sufrir algún tipo de alteración (Profundidad, Velocidad del agua, entre otras.) y cómo estas fluctuaciones alterarían al macrohábitat (Guevara & Rodríguez, 2013).
Según Emerson y Parra (2012), la modelación del hábitat realizada por PHABSIM transforma la información sobre estructura del canal, los niveles
de agua modelados y las velocidades en un índice de cantidad y calidad del
hábitat disponible, usando Curvas de Preferencia del Hábitat (HSC) como la
función de transferencia. Este índice de hábitat es luego referido a un Área
Ponderada Útil (WUA- Weighted Usable Area) para cada sección
transversal, la cual es posteriormente sumada para obtener un Área Pondera
Útil para cada especie de organismo en todo el tramo objeto de estudio y
32
caudales y la disponibilidad de hábitat para el organismo objetivo en toda el
área de estudio.
PHABSIM presenta dos tipos generales de modelación basados en las condiciones promedio de todo el canal y en la distribución explicita de la velocidad, profundidad y el tipo de sustrato a través de toda la sección transversal (Emerson & Parra, 2012). Para esto es necesario contar con información relevante de la estructura del canal (levantamientos topográficos detallados, composición del sustrato y cobertura de vegetación), información hidráulica (levantamiento de medidas de nivel de agua y distribución de velocidades, entre otras) y la cuidadosa selección de los organismos objetivo (Endesa, 2011).
Esta metodología cuenta con cinco fases fundamentales expuestas en la Tabla 2.9.
Tabla 2.9. Fases de la Metodología IFIM.
Fase Componente
1. Identificación y Diagnostico del problema.
Análisis institucional y legal del problema y síntesis de su posible resolución. Recopilación de la información necesaria y análisis de los intereses de los involucrados.
2. Planificación del Estudio
Análisis comparativo de la información secundaria y primaria acumulada en el diagnóstico, plan maestro, presupuesto y responsabilidades de los actores.
3. Implementación del Estudio
Recopilación de los datos necesarios, calibración de equipos y verificación de resultados.
4. Análisis de alternativas
Analizar las condiciones hidrológicas que rigen el punto de estudio o línea base.
5. Resolución de Problemas
Toma de decisiones en base a: -Efectividad
-Factibilidad física -Riesgo
-Economía.
33 El método IFIM presenta alcances de valoración de impactos sobre los hábitats físicos, tanto para el aumento y la disminución de caudal, generando un modelo computacional con el que se puede realizar una gestión eficiente de los recursos hídricos al tomar decisiones.
METODOLOGÍA HOLÍSTICA
El enfoque holístico responde a la necesidad de mantener a un ecosistema fluvial en su totalidad y no sólo determinadas secciones, tramos o componentes (Guevara & Rodríguez, 2013). En esta metodología según Jamett y Rodríguez, (2005), se asume que si se identifican las características base del flujo hídrico que pueden alterar u ocasionar impactos ecológicos, considerando que algunas características del flujo natural son más importantes ecológicamente que otras y a éstas se las integra dentro de un régimen de flujo modificado, la biota y la funcionalidad del ecosistema será mantenida.
Este enfoque al tener una visión global del río (estructura, morfología del cauce, procesos geomorfológicos, vegetación, dependencia del nivel freático, nivel de zonas húmedas, zonas de desembocadura, entre otras), también incluyen aspectos socioeconómicos con el fin de abarcar en su totalidad el área afectada si fuese el caso y considera que los caudales son el soporte base para todo el ecosistema (Moreno , 2008).
Los métodos holísticos o funcionales se desarrollan básicamente en dos enfoques o aproximaciones principales que se describirán a continuación.
Building Block Methodology – Método de Bloques de Construcción (BBM)
34 básicos del régimen de caudal, incluyendo caudales mínimos e inundaciones, para conservar la dinámica de sus sedimentos y la estructura geomorfológica del río.
“Se presenta como una aproximación “bottom-up” diseñada para construir un régimen de caudal modificado mediante la adición de componentes de
caudal a una línea base de caudal cero” (Pinilla, Rodríguez, & Camacho,
2013). Es decir que el caudal recomendado es estimado a partir de un flujo mínimo hacia valores más altos (Moreno , 2008).
El BBM se enfoca a un amplio rango de componentes del ecosistema considerando elementos como la calidad estética, dependencia social del cuerpo de agua, beneficios económicos, protección de características culturales y faunísticas, recreación, interés científico, entre otras. Los caudales determinados por este método se relacionan y describen en términos de duración y magnitud, lo que se considera como “building block” (Moreno , 2008).
35 Tabla 2.10. Fases esenciales dentro de la metodología BBM.
Fa ses pa ra l a de ter m ina ci ón de l cau da l ambi en tal – M etodol og ía B B M .
a) Selección de tramos bajo investigación por expertos interdisciplinarios.
Estos tramos deben representar la geomorfología y variación biológica a lo largo del río y de la mayoría de su tributario.
b) Taller de socialización.
Proveer información a todos los participantes, cuyo objetivo es llegar a un consenso para obtener un régimen.
c) Determinación de actividades.
Vincular los requerimientos del caudal ambiental con las actividades sociales que se dan en la cuenca.
(Castro & Carvajal, 2009)
Método de Referencia
Este método presenta cierta similitud al método de “building block”. A diferencia que el caudal es determinado a partir de la presencia de un flujo máximo aceptable hasta valores menores, esto es conocido como la aproximación “Top-Down” (Jamett & Rodriguez, 2013).
36 COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS
Como se observa en las Tablas 2.11, 2.12 y 2.13 las metodologías estudiadas presentan ciertas ventajas y desventajas, evaluadas de acuerdo a criterios y requerimientos para su aplicación. Según (Rodriguez, Chreties, Crisci, & Fernández, 2014), la metodología hidrológica contempla varias ventajas al requerir un mínimo de información, que se remonta a la serie de datos hidrológicos diarios, mensuales o anuales. Además, de su corto tiempo de aplicación, bajo costo económico y su parcial requerimiento de juicios de expertos, limitando en gran parte las necesidades socioeconómicas para el desarrollo del estudio. De esta manera buscan mantener una relación de funcionamiento ecológico para el sistema, aunque para su aplicación es necesario adaptar el método a régimen hidrológico natural.
Los métodos hidráulicos presentan una mayor complejidad al requerir más información para su adaptación a la zona de estudio, con lo que su impacto se ve reflejado en la dinámica hidrológica y la importancia de la información topográfica de las diferentes secciones transversales, incrementando su tiempo de aplicación, sus costos y la necesidad de un equipo multidisciplinario que valide los requerimientos específicos.