Términos de referencia para el diseño
de la red de monitoreo
hidro-meteorológico y de calidad de agua
La designación de entidades geográficas y la presentación del material en este libro no implican la expresión de ninguna opinión por parte de la UICN respecto a la condición jurídica de ningún país, territorio o área, o de sus autoridades, o referente a la delimitación de sus fronteras y límites.
Los puntos de vista que se expresan en esa publicación no reflejan necesariamente los de la UICN.
Por favor citar este documento como se indica a continuación:
STOLL María, DE BIEVRE Bert y COELLO Xavier, 2008. Términos de referencia para el diseño de la red de monitoreo hidro-meteorológico y de calidad de agua, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.
UICN-SUR
BID
FONAG
Términos
de referencia para el diseño de la red
de monitoreo hidro-meteorológico
Maria Stoll
Bert de Bievre, PhD
Xavier Coello, MSc
Director del Proyecto: Felipe Cisneros, PhD Coordinador Técnico: Otto de Keizer, MSc
1.1 Metodología ... 7
1.2 Monitoreo adaptativo ... 9
2 Situación actual ... 10
2.1 Antecedentes ... 10
2.2 Identificación de problemas y desafíos para la GIRH ... 10
3 Necesidades de información ... 12 3.1 Objetivos y prioridades ... 12 3.2 Indicadores y parámetros ... 12 3.2.1 Precipitación ... 13 3.2.2 Caudal ... 13 3.2.3 Evapotranspiración ... 13 3.2.4 Calidad de Agua ... 13 3.2.5 Densidad de estaciones ... 14
3.3 Márgenes de error, confianza y relevancia para la toma de decisiones ... 16
3.4 Tiempo de respuesta ... 16
3.5 Requerimientos para reportar y presentar la información ... 16
4 Evaluación de la red actual en función de las necesidades de información ... 17
4.1 La red hidro-meteorológica actual ... 17
4.1.1 Distribución espacial ... 19
4.1.2 Estado de las estaciones ... 21
4.1.3 Monitoreo de la calidad del agua ... 21
4.2 Funcionamiento actual del monitoreo ... 22
4.2.1 Colección de datos ... 22
4.2.2 Almacenamiento y análisis de datos ... 22
4.2.3 Reporte de resultados ... 22
4.2.4 Uso de la información ... 22
4.2.5 Accesibilidad a la información ... 22
4.3 Conclusiones sobre el funcionamiento actual del monitoreo en la Hoya de Quito ... 23
5 Términos de referencia para el diseño de una red de monitoreo hidro-meteorológico ... 24
5.1 Criterios ... 24
5.1.1 Precondiciones para la ubicación de estaciones ... 24
5.1.2 Frecuencia de medidas ... 25
5.1.3 Distribución espacial de estaciones ... 25
5.1.4 Responsabilidades institucionales ... 26
5.2 Precisión ... 27
5.3 Operación y mantenimiento ... 27
5.3.1 Colección y almacenamiento de datos ... 27
5.3.2 Análisis de datos ... 27
5.3.3 Presentación de resultados ... 27
5.3.4 Viabilidad del rediseño de la red de monitoreo ... 27
Bibliografía ... 29 Anexo A – Criterios de la Organización Meteorológica Mundial para redes de monitoreo
Anexo B – Mapas:
Anexo C – Salidas al campo
Anexo D – Información técnica del equipamiento de estaciones
Anexo E – Términos de referencia para la contratación de la consultoría para el diseño de la red de monitoreo
Anexo F – Costos de los servicios de consultoría
1 Introducción
Documentos elaborados en las fases anteriores de este proyecto concluyen que es importante dar mayor énfasis al desarrollo de un balance hídrico entre oferta y demanda mas detallado, (de Bievre et al., 2008) que permitirá una mejor gestión del recurso agua. Para desarrollar este balance y poder tomar las decisiones adecuadas es importante obtener mayor información y conocimiento sobre los procesos hídricos en tiempo y espacio. Un valioso instrumento para la recolección de datos es la red de monitoreo. Este documento tiene como objetivo presentar los términos de referencia para los diseños y estudios necesarios que permitan en el corto y mediano plazo la implementación de esta red.
Los objetivos del sistema de monitoreo se presentan de la siguiente forma: la información generada debe apoyar directamente a la toma de decisiones en la gestión de recursos hídricos. El monitoreo debe ser un instrumento para apoyar la planificación en general. La red debe ser capaz de monitorear respuestas hidrológicas características de ecosistemas con miras al monitoreo de eventuales cambios en la respuesta hidrológica de cada ecosistema. Estos cambios pueden ser debido al cambio climático o cambios de uso del suelo (Cisneros et al., 2007). Aprovechando las actividades para evaluar el balance hídrico, este análisis se enfoca en los temas de cantidad de agua.
Este documento presenta primero la metodología y el contexto en el manejo integrado en el cual se encuentra la implementación de una red de monitoreo. En los capítulos siguientes se hace un diagnóstico preliminar de la situación actual, se elaboran los objetivos de la red y las necesidades de información para poder concluir en el último capítulo con los términos de referencia para la contratación del diseño de una nueva red de monitoreo para la cuenca alta del río Guayllabamba (también conocida como hoya de Quito).
1.1 Metodología
Este capítulo tiene como objetivo presentar la metodología sugerida para la implementación de una red de monitoreo hidro-meteorológica. Se explica el contexto de actividades en el manejo integrado. Se realizó un diagnóstico del monitoreo en la cuenca para, en base a este, elaborar los términos de referencia para la implementación de la red.
El monitoreo es un proceso de observación de lo que ocurre en la situación actual. Se necesita conocer los procesos en tiempo y espacio para poder manejar los recursos hídricos. Se recolecta y analiza información sobre el sistema hídrico para poder actuar de una manera integrada y adecuada.
Las preguntas que surgen para planificar un programa de monitoreo son las siguientes: qué medir, dónde y con qué frecuencia, precisión y objetivos.
Esto implica una definición de la información que se quiere obtener para poder decidir si una información obtenida es suficiente para tomar decisiones y definir acciones. Estas preguntas se hacen en las diferentes escalas del ciclo de actividades en el establecimiento de un programa de monitoreo. El ciclo de actividades se presenta en la figura 1.
La planificación de un programa de monitoreo implica más que solamente establecer un sistema de medición y tomar acciones basadas en estos resultados. Debería ser una serie de acciones continuas que empiezan con la identificación de las necesidades de información y termina con el uso de aquella información. De esta manera se puede evitar que se hagan grandes inversiones antes de aclarar cómo usar estos datos y comparar su valor y efectividad con los costos (Loucks y van Beek, 2005).
Manejo de recursos hídricos: evaluación adaptativa Objetivos y necesidades de información Uso de información Resultados reportados
Análisis de datos Diseño de red
Plan de monitoreo
Muestreo, recopilación y almacenamiento de datos
Principio
Figura 1: Ciclo de actividades (Loucks y van Beek, 2005)
Como se ha mencionado antes, el ciclo de actividades empieza con la definición de las necesidades y los objetivos de información para la toma de decisiones. Estas informaciones sirven para definir los parámetros a medir y el tipo de datos que se quiere obtener.
El plan de monitoreo ayuda para especificar estos datos y para definir la precisión requerida tanto como la frecuencia de medidas. Estos requerimientos se precisan en el diseño de la red para poder definir la densidad de sitios de medición tomando en cuenta la variabilidad espacial y temporal de los parámetros medidos. También se tiene que especificar cómo obtener, recopilar y analizar los datos y cómo reportar los resultados. El último paso del ciclo, el uso de información, se refiere a las acciones que se toman para mejorar el manejo del sistema. Adaptaciones del manejo también pueden llevar a nuevas necesidades de información y de esta manera se repetirá el ciclo de actividades nuevamente y cada componente del ciclo puede cambiar y reflejar los cambios en conocimiento, objetivos, metodología, instrumentación y presupuesto (Loucks y van Beek, 2005).
El presente documento cubre las siguientes etapas del ciclo de actividades: los capítulos 2 y 4 aportan a la evaluación adaptativa, los objetivos y necesidades de información se elaboran en el capítulo 3 y el último capítulo finalmente contribuye con los términos de referencia para el plan de monitoreo. Es importante recordar que se trata de una actividad cíclica, es decir que estas etapas se repiten y se adaptan a las condiciones variables con el tiempo.
1.2 Monitoreo adaptativo
El monitoreo adaptativo se entiende como la medida para llegar al manejo adaptativo de los recursos naturales. Se trata de un manejo que tiene que ser flexible para siempre poder cumplir con las necesidades del sistema y de sus usuarios. Es un proceso sistemático que puede presentarse a través de un ciclo que se adapta o calibra periódicamente para mejorar continuamente las estrategias de manejo aprendiendo de los resultados de programas operativos. Este ajuste permite que cada componente “alimente” al siguiente nivel, facilitando que el proceso cíclico continúe tomando en cuenta los resultados obtenidos en cada etapa. Implica entonces que los resultados del monitoreo se incorporan periódicamente a las decisiones de manejo y de esta manera requiere el compromiso explicito de todos los actores para apoyar y mantener el sistema de monitoreo.
Como conclusión de cada etapa se puede hacer una evaluación para saber si la información obtenida es suficiente y así ir adaptando en los siguientes pasos. Así se evita la recolección de datos innecesarios (Loucks y van Beek, 2005).
En el caso de la gestión integrada de recursos hídricos de la cuenca alta del río Guayllabamba esto significa que los términos de referencia elaborados en el presente documento tienen que ser revisados y adaptados periódicamente por la entidad responsable del monitoreo inter-institucional para permitir un manejo que cumple con las necesidades de los respectivos actores y condiciones.
2 Situación actual
Este capitulo muestra un análisis de temas y oportunidades de gestión del agua, empezando con la presentación del estado de los recursos hídricos en la cuenca alta del río Guayllabamba e identificando los problemas y desafíos para la gestión integrada de los recursos hídricos. Esta recopilación sirve para poder identificar las necesidades de información.
2.1 Antecedentes
En la hoya de Quito – un área muy densamente poblada – se enfrenta el mayor problema a nivel nacional de competencia por usos de agua. La oferta del recurso hídrico ya fue superada por la demanda en la década pasada así que ya se tienen que hacer trasvases de otras cuencas, especialmente de la vertiente oriental (de Bievre y Coello, 2007).
La urbanización continúa y con esto no solamente crece la demanda hídrica en la hoya de Quito sino también hay cambios rápidos en el uso de suelo que implican la dificultad de poder estimar correctamente la situación de los recursos hídricos en la hoya tanto como una disminución acelerada de la superficie de páramo.
En el momento, la información directa sobre la oferta hídrica (ej. registros continuos de caudales medidos) es muy deficiente porque las estaciones hidrológicas son pocas y tienen problemas de calidad de la información (de Bievre y Coello, 2007).
Por otro lado, la información sobre la demanda hídrica que tiene como principales sectores el riego, el agua potable, los sectores industrial e hidroeléctrico también carecen de completitud, sobre todo en el aspecto de las concesiones de uso de agua debido a la falta de un sistema de información confiable (Mafla, 2007).
El balance entre la oferta y la demanda hídrica muestra en algunas partes todavía un superávit pero existen partes muy críticas en donde la disponibilidad es prácticamente nula durante algunos meses del año (de Bievre et al., 2008). Los tipos de uso que son responsables para el déficit en estas zonas son los siguientes: el caudal captado para la ciudad de Quito, los caudales concesionados para riego en las zonas altas y el complejo hidroeléctrico Guangopolo-Cumbayá-Nayón. Estos usos pueden causar extrema escasez en las zonas mencionadas (de Bievre et al., 2008).
Una parte del caudal disponible es necesario para permitir un caudal ambiental que mantenga los ecosistemas acuáticos y sus funciones. Hoy en algunos casos el caudal disponible ya no garantiza este caudal ambiental (de Bievre et al., 2008). Esto es debido a los tipos de uso mencionados y al hecho de que existen muchas concesiones que otorgan los derechos de uso del agua que no están disponibles una buena parte del tiempo (de Bievre et al., 2008), así también existen captaciones de agua en ríos y quebradas, los mismos que no han sido cuantificados ni identificados plenamente. Se puede hablar de una sobreconcesión, porque se asignan nuevas concesiones en muchas partes de la cuenca con base en información hídrica deficiente o en algunos casos no existe una metodología para el levantamiento de datos para otorgar concesiones.
Un problema grave se manifiesta en el grado alto de contaminación que presenta una gran parte del sistema hídrico principal en la hoya de Quito (San Pedro, Machángara, Quebrada el Colegio y Guayllabamba), un hecho que afecta gravemente los ecosistemas acuáticos tanto como sus posibilidades de uso. Esto se agrava porque al momento no existe un sistema de tratamiento de aguas contaminadas de cuerpos hídricos.
2.2 Identificación de problemas y desafíos para la GIRH
Uno de los desafíos es que en el futuro se pueda desarrollar un balance hídrico entre oferta y demanda más detallado, para poder cubrir las respectivas demandas de diferentes sectores, y al mismo tiempo garantizar un caudal ambiental que asegure que los ríos se recuperan y siguen manteniendo su función ambiental (de Bievre et al., 2008). Esto implica un mayor conocimiento tanto sobre la demanda como la oferta hídrica que permita la mejor interpolación de la precipitación y los caudales y mayor información sobre los diferentes tipos de usos,
especialmente sobre las concesiones. La red de monitoreo hidro-meteorológico sugerida en este documento ayudará a obtener más y mejor información con mayor continuidad.
Por otro lado, en la Hoya de Quito, no existe una red de monitoreo de calidad de agua, entendiéndose como tal a una red que monitoree parámetros Hidrogeoquímicos (aniones, cationes, e inclusive isótopos ambientales), que permitan complementar la hidrología tradicional con información contenida en la propia agua.
3 Necesidades de información
Una red de monitoreo debe cumplir con el criterio de evitar de ser rico en datos, pero pobre en información (Loucks y van Beek, 2005). Para que se obtengan los datos adecuados y que sean presentadas en la forma apropiada hay que definir precisamente cual es la información requerida. La base para definir las necesidades de información son los objetivos de gestión de los recursos hídricos (Loucks y van Beek, 2005).
Estos objetivos tienen que estar formulados lo mas precisos posible para después poder ser convertidos en estrategias de monitoreo. Posibles criterios para formular objetivos son los criterios “SMART” (ESpecífico, Medible, Alcanzable, Relevante, a Tiempo).
Este capitulo está dividido en diferentes subcapítulos que tienen como objetivo especificar las necesidades de información para asegurar que los términos de referencia y el diseño de la red dependiendo de estos términos cumplan con las necesidades de información. El capítulo muestra las actuales necesidades de información para la elaboración de la red de monitoreo, pero hay que tomar en cuenta que estas necesidades pueden cambiar con el tiempo mediante la adaptación en el ciclo de actividades.
Puede que estas necesidades y las formas adecuadas para el manejo de información cambien con el tiempo y deben ser re-adaptadas (WMO, 1994).
3.1 Objetivos y prioridades
Los objetivos generales de un monitoreo son: la detección de tendencias, la determinación de fluctuaciones periódicas y la estimación de valores promedios. Para la red en cuestión en este documento, los objetivos se presentan de la forma siguiente:
Las informaciones obtenidas mediante el monitoreo ayudan a la futura toma de decisiones en el contexto de la gestión de los recursos hídricos en la cuenca alta del río Guayllabamba para:
• tener un conocimiento profundizado del balance entre oferta y demanda y evitar una sobredemanda,
• garantizar un caudal ambiental,
• contribuir al mantenimiento de las fuentes hídricas, • garantizar un manejo sustentable del agua,
• poder observar efectos de cambios de uso, de uso de suelo y el cambio climático sobre la oferta hídrica en la cuenca,
• poder observar los efectos de cambios a los ecosistemas (páramos, bosques, etc),
• sustentar de mejor manera la elaboración de proyectos de desarrollo (proyectos hidroeléctricos, de saneamiento, etc.),
• Planificar el uso del recurso, basado en calidad y cantidad de las aguas, con un profundo conocimiento del origen de estas y los procesos a los cuales se ha sometido.
3.2 Indicadores y parámetros
Para que reflejen una buena imagen de los procesos a monitorear, los indicadores escogidos deben cumplir con los criterios siguientes: deben ser fácil para medir, representativos para el sistema, comunicables y simples. En este subcapítulo se presentan los indicadores o bien los parámetros sugeridos.
3.2.1 Precipitación
La precipitación es la base para la oferta hídrica de una cuenca. Los datos de precipitación ayudarán a conocer las características de la precipitación, su respectiva variabilidad en tiempo y espacio, así como proyectar eventuales tendencias de largo plazo bajo el cambio climático. Además, esta información es muy importante para definir la cantidad de agua que se produce en la Hoya de Quito, pues con los datos de precipitación y con la información sobre la respuesta hidrológica de cada ecosistema se calcula el caudal natural característico en cualquier punto de la red hidrográfica.
Se necesitan por lo menos valores diarios cubriendo toda la cuenca, todas las microcuencas y unidades de respuesta hidrológica. Sin embargo, es preferible tener datos con resolución temporal sub-horaria, los mismos que permiten evaluar las intensidades de los eventos de precipitación, cuyos valores influyen en el régimen de caudales de los ríos.
3.2.2 Caudal
Un conocimiento detallado de caudales es importante para observar procesos de diferentes tipos. Primero, la comparación de los valores de caudal medidos con los valores calculados mediante la precipitación, tomando en cuenta la respuesta hidrológica, da una clara idea de las dimensiones de uso aguas arriba. Segundo, la medición continua y densa de los caudales en la cuenca permite la observación del caudal ambiental porque se pueden detectar los lugares en los cuales se secan los ríos e identificar sus razones.
Es importante tener en cuenta que la red de monitoreo solo puede cumplir con estas dos tareas si hay una medición con una buena densidad en toda la cuenca, la cual un “nested sampling design” (ver 3.2.5) con su división de los caudales en diferentes escalas puede garantizar.
3.2.3 Evapotranspiración
La evapotranspiración es un indicador importante para poder calcular, junto con los valores de precipitación, los caudales potenciales. Con la información obtenida mediante este cálculo se definen por un lado las necesidades de agua de los cultivos, es decir las cantidades requeridas para riego y de otro lado, la evapotranspiración de la vegetación natural es una variable importante para estimar el balance hídrico de la cuenca.
Como mencionado, este parámetro no se puede medir directamente. Se necesita la medición de diferentes otros parámetros para poder calcularlo, los cuales son: Temperatura, Velocidad
de Viento, Radiación solar, y Humedad Relativa del Aire.
Para hacer observaciones detalladas se necesitan también por lo menos valores diarios cubriendo toda la cuenca, en cada una de las unidades de respuesta hidrológica.
3.2.4 Calidad de Agua
La información relacionada con calidad de agua, es una valiosa herramienta que permite no sólo el identificar posibles problemas de contaminación o cambio de las condiciones naturales de un cuerpo hídrico, sino que permite la identificación y caracterización adecuada de un sistema hidrológico. La identificación de hidrosomas1 en un sistema hidrológico permite vincular información geológica, hidrológica y de hidrogeoquímica para caracterizar el funcionamiento de un sistema hidrológico (aguas superficiales-aguas subterráneas).
Stuyfzand (1993) y Foppen (2002) sostienen que el monitoreo de la hidrogeoquímica del agua es un parámetro decisivo en la gestión de recursos hídricos. Los parámetros que se recomienda monitorear son: Aniones (Cl-, SO4
2-, HCO3-, PO4
3-, otros)3-, Cationes (Na+, Ca2 +
, K+, Mg+, otros), DBO, DQO, TDS y temperatura.
En el Anexo G se presenta una selección de la Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso Agua, bajo el Reglamento a la ley de Gestión Ambiental para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental2. Esta norma incluye criterios de calidad de aguas para la preservación de flora y fauna en aguas dulces frías o cálidas y en aguas marinas y de
1
Hidrosoma: parte del subsuelo que tiene las mismas propiedades geoquímicas, tales como el tipo de agua, grado de alteración y coeficiente Redox
estuarios, criterios de calidad para aguas subterráneas y criterios de calidad para aguas de uso estético.
3.2.5 Densidad
de
estaciones
El “nested approach” (“enfoque anidado”) permite el cubrimiento de necesidades de información a diferentes escalas. De esta manera, con un mínimo de estaciones se puede deducir un máximo de información.
En el caso presente, las escalas se dividen en microcuencas (1 - 10km2), subcuencas (10 - 500 km2) y cuencas (500 – 5000 km2). Esta división en diferentes escalas permite obtener informaciones para diferentes usos y con diferente detalle. El cubrimiento en una microcuenca permite por ejemplo investigaciones hidrológicas en cuales se pueden detectar el rol de ecosistemas o de uso de suelo, mientras las estaciones en una cuenca más grande sirven para usos externos de la cuenca, tales como por ejemplo el conocimiento de crecidas máximas aguas abajo. Una densidad alta y uniforme de estaciones no es lo ideal, ni en términos económicos, ni para cumplir con las necesidades de información para poder sacar conclusiones no sólo para toda el área en general sino también detallada para regiones críticas. Los criterios para las diferentes escalas se describen en la Tabla 1.
En el enfoque anidado, se cubre toda la cuenca con cierta densidad de estaciones, pero se complementa este monitoreo con estaciones que responden a otras dos escalas. Para estas escalas se seleccionan subcuencas y microcuencas representativas en los cuales se realiza un monitoreo a esta escala. El resultado global no es una distribución uniforme de estaciones en toda la cuenca.
Tabla 1: Cobertura a diferentes escalas Escala Densidad de estaciones pluviométricas Densidad de estaciones hidrológicas Cantidad requerida en la Hoya
Ejemplos Uso típico de la
información
Existencia actual
Microcuenca (1 – 10km2)
1 km2/estación 10 km2/estación Min. 1 microcuenca en cada hidrozona para mejorar conocimiento sobre regimen hidrológico de la hidrozona
Microcuenca del Rio Mudadero (Pita) Investigación hidrológica Rol de ecosistemas y de uso de suelo No existe Subcuenca (10 – 500 km2)
50 km2/estación 100 km2/estación En todas las subcuencas de especial interés por la presencia de captaciones
Cuenca alta del Río Pita Cuenca del Río San Pedro
Diseño de proyectos Pita
Quebradas del Pichincha
Cuenca
(500 – 5000 km2)
100 km2/estación 1000 km2/estación Aprox. 50 pluviométricas y 5 hidrológicas
Cuenca del Guayllabamba Manejo de recursos hídricos Usos externos de la cuenca Diseño de centrales hidroeléctricas en la parte baja de la cuenca Red INAMHI
3.3 Márgenes de error, confianza y relevancia para la toma de
decisiones
“Hydrologic experience and research point out continuously that one of the major reasons for inaccurate hydrologic forecasting is the inaccuracy of the data base” (Bras y Rodriguez-Iturbe, 1985).
La precisión de los datos es muy importante para un buen monitoreo hidro-meteorológico, pero en la etapa en la cual el proyecto se encuentra ahora parece más importante conocer los márgenes de error y la precisión de los datos obtenidos por diferentes instituciones que definir un margen de error que sea el mismo para todas las mediciones. En una etapa siguiente, para el manejo de una red inter-institucional hay que definir un margen de error y las necesidades de exactitud válidas para todas las estaciones manejadas.
3.4 Tiempo de respuesta
Como no se trata de una red para alerta temprana no hace falta tener los datos a tiempo real. Los costos para un mantenimiento de una red con respuesta a tiempo real son demasiado altos y más importante que obtener los datos muy rápidamente es tener los dispositivos para el procesamiento de los datos. Sin embargo, hay que diferenciar entre estaciones con transmisión a tiempo real y estaciones automáticas. A distinción de estaciones con medición manual, con las estaciones automáticas se puede obtener una frecuencia de mediciones mas alta y se pueden ahorrar costos de personal.
3.5 Requerimientos para reportar y presentar la información
Para la toma de decisiones es muy importante tener no solamente los datos de medición sino también los metadatos para conocer las características de la información obtenida. Estos metadatos deben mostrar de dónde viene la información tanto cómo el margen de error y la precisión obtenida y el tipo de información. Para evitar malentendidos es importante manejar todos los metadatos en un formato común y definir códigos que indican las características mencionadas en una forma bien inteligible.
4 Evaluación de la red actual en función de las
necesidades de información
Las necesidades de información elaboradas en el capítulo anterior son la base para evaluar hasta qué punto la red actual cumple con los objetivos y necesidades o cómo se podría mejorar la información obtenida mediante el monitoreo.
Hay que tomar en consideración que esta evaluación está basada en las informaciones entregadas por las diferentes instituciones así como salidas al campo para algunas estaciones.
4.1 La red hidro-meteorológica actual
Este capítulo describe el monitoreo actual en sus diferentes aspectos. En la hoya de Quito hay cuatro instituciones que actualmente mantienen estaciones meteorológicas o hidrológicas. Como indica la Tabla 2, la hoya de Quito cuenta con 63 estaciones meteorológicas y 12 estaciones hidrológicas que actualmente están midiendo los respectivos parámetros. Aparte de estas estaciones fijas, la EMAAP-Q realiza aforos puntuales en diferentes sitios, y el FONAG mide también caudales a través de aforos en puntos considerados de interés. En el caso de los aforos, se trata de puntos fijos en cuales se toman 6 medidas al año para conocer las condiciones para el diseño de proyectos. Porque en los dos casos no se trata de mediciones continuas ni fijas, estos puntos de medición no están considerados como parte de la red de estaciones hidro-meteorológicas.
Tabla 2: Estaciones meteorológicas
Institución Varios parámetros
meteorológicos Pluviómetros Estaciones hidrológicas Total INAMHI 12 14 7 33 EMAAP-Q 5 19 5 29 FONAG 3 9 12 DAC-FAE 1 1 Total 21 42 12 75
El mapa con todas las estaciones (en operación y deshabilitadas) se encuentra en el anexo B. La tabla 3 muestra una lista de todas las estaciones actuales con sus respectivos códigos. Las estaciones tienen diferentes propósitos, dependiendo de su ubicación o la institución responsable para la medición. Las estaciones con códigos empezando con M y H son estaciones del INAMHI. Estas forman parte de la red nacional y la mayoría está midiendo desde hace mucho tiempo (desde 15 a mas que 40 años), excepto la estación M055 que pertenece a las Fuerzas Armadas y tiene objetivos aeronáuticos. Los códigos 06MET1 a 28PVL3 son estaciones perteneciendo al FONAG que ayudan al conocimiento de las fuentes en las partes altas de la cuenca, lo cual también es el caso para las estaciones P39 y P35. El resto de estaciones con códigos P, E y C pertenecen a la EMAAP-Q y han sido instalados para atender temas de manejo urbano y de diseño de proyectos.
Tabla 3: Nombres y códigos de las estaciones existentes en la Hoya de Quito
ESTACIONES METEOROLOGICAS ESTACIONES HIDROLOGICAS
CODIGO NOMBRE CODIGO NOMBRE
06MET1 ASO. SAN MARCOS E1 EL COLEGIO Q. MONJAS 07MET1 CONTROL NORTE E2 EL RECREO
27MET1 YURAFACCHA E3 TRANSITO 06PLV2 INSTITUTO ALOASI E4 CAPULI 06PVL1 LA VIRGEN E5 PITA EN BOCATOMA
26PVL1 EL TAMBO H143 GRANOBLES AJ GUACHALA 26PVL2 PAPALLACTA H145 GUAYLLABAMBA AJ CUBI
26PVL3 BAÑOS H148 GUAYLLABAMBA DJ PISQUE
27PVL1 YAMUYACU H149 GUAYLLABAMBA EN PTE.CHACAPATA 28PVL1 MUDADERO H152 LA CHIMBA EN OLMEDO
28PVL2 ALUMIES H158 PITA AJ SALTO
28PVL3 ESCORIA VOLCANICA H159 SAN PEDRO EN MACHACHI
C2 RUMIHURCO C4 RUMIPAMBA C7 SAN ANTONIO C8 IASA-ESPE EM1 YARUQUI E2(P) BELLAVISTA E3(P) GUAYLLABAMBA E4(P) SAN SIMÓN E5(P) LA MICA
E6(P) RAMÓN HUAÑUNA E7(P) TAMBO 2A E8(P) PAPALLACTA P15(P) EL CINTO P16(P) IZOBAMBA P17(P) EL TINGO P19(P) LA TOLA (TUMBACO) P21(P) CHILLOGALLO P22(P) PUENGASI P23(P) ATACAZO P24(P) OBSERVATORIO P25(P) EL TROJE P35(P) PITA EN BOCATOMA P36(P) MAUCA TAMBO P39(P) YANGAHUAGRA M002 LA TOLA M003 IZOBAMBA M009 LA VICTORIA GUAYLLA. M023 OLMEDO-PICHINCHA M024 QUITO INAMHI-INNAQUITO M111 MALCHINGUI INAMHI M113 UYUMBICHO M120 COTOPAXI-CLIRSEN M188 PAPALLACTA
M260 PIFO
MA2T TOMALON-TABACUNDO MA86 NAYON - GRANJA STA ANA M335(P) LA CHORRERA M337(P) SAN JOSE DE MINAS M339(P) NANEGALITO M343(P) EL QUINCHE_PICHINCHA M344(P) CANGAHUA M345(P) CALDERON M346(P) YARUQUI INAMHI M353(P) RUMIPAMBA-PICHINCHA M354(P) SAN JUAN-PICHINCHA M357(P) CANAL 10 TV. M358(P) CALACALI INAMHI M359(P) CAYAMBE M361(P) NONO M364(P) LORETO PEDREGAL M055 QUITO AEROPUERTO-DAC
Por otro lado la Tabla 4 indica cuántas estaciones están midiendo los respectivos parámetros. Hay que tener en cuenta que algunas estaciones miden parámetros que no constan en esta lista porque no hacen parte de los parámetros claves indicados en las necesidades de información (capítulo 3).
Tabla 4: Parámetros
Parámetro Número de estaciones midiendo
Precipitación 63 Temperatura 20 Nubosidad 12 Radiación solar 16 Evaporación 16 Humedad Relativa 16 Viento 16 Caudal 12
Se puede observar que hay un gran número de estaciones midiendo precipitación, lo cual permite un conocimiento bastante bueno de este parámetro. Los parámetros que sirven para el cálculo de evapotranspiración son medidos por menos estaciones, pero se considera que la cobertura de estas estaciones meteorológicas permite hacer una adecuada estimación de la evapotranspiración y su variabilidad espacial.
Como consta en la tabla, la cantidad de estaciones hidrológicas es muy baja tomando en cuenta el área y el número de sub- y microcuencas a monitorear.
4.1.1 Distribución
espacial
La distribución espacial de las estaciones pluviométricas y las estaciones meteorológicas completas se muestra en detalle en los mapas del anexo B. Debido al número distinto de estaciones midiendo los parámetros indicados en el subcapítulo anterior, la distribución espacial varía para cada tipo de estación. Se observa la densidad relativamente alta en
estaciones pluviométricas, la densidad intermedia con estaciones meteorológicas con otros parámetros y la densidad baja de estaciones hidrológicas.
Como mencionado en el documento “Caracterización de la oferta hídrica” (de Bievre y Coello, 2007), el déficit de estaciones hidrológicas impide poder hacer conclusiones detalladas sobre la oferta hídrica en la cuenca. En cuanto a la variabilidad espacial de la precipitación, a pesar de la densidad relativamente alta, el conocimiento todavía es limitada, en algunas zonas, especialmente en la cordillera central (Mafla et al., 2008)
Esta falta de información impide el conocimiento adecuado del comportamiento hidrológico de los ecosistemas. Además, el tamaño de las cuencas monitoreadas por cada punto de monitoreo hidrológico es demasiado grande para poder distinguir los efectos que tienen los diferentes tipos de ecosistema en la respuesta hidrológica (Mafla et al., 2008).
Comparando con los criterios elaborados en el capítulo 3.2.5, la medición actual se presenta de la siguiente forma:
Microcuenca
A nivel de microcuenca., el monitoreo es limitado, existiendo por ejemplo estaciones en la cuenca alta del Pita y San Pedro, pero con un historial de registro reciente, y que miden precipitación, temperatura, radiación, viento y humedad relativa del aire.
Subcuenca
La Tabla 6 muestra el número de estaciones que se encuentran en cada subcuenca. El mapa correspondiente se encuentra en el anexo B.
Se puede observar que debido al pequeño número de estaciones hidrológicas de 12 en total hay 1 subcuenca en la cual no existe ninguna medición de caudales; 17 estaciones se encuentran fuera del área de proyecto pero son de interes para el manejo integrado del agua en la cuenca, ya que generan información útil para ciertos sectores de ella.
Tabla 5: Número de estaciones por subcuenca
Subcuenca Medición de precipitación Medición de varios parámetros meterológicos Estaciones hidrológicas Pita 8 2 1 San Pedro 5 2 2 Machángara 5 0 3 Pisque-Guayllabamba medio 6 8 2 Guayllabamba Bajo 5 4 4 Fuera de la Hoya de Quito 13 4 Cuenca
Precipitación: Existe un gran numero, pero faltan estaciones en toda la cordillera oriental, desde el Sincholagua hacia el Cayambe, en el norte y en la región de Nanegal.
En cuanto a la ubicación en diferentes zonas de respuesta hidrológica, Tabla 6 muestra que la mayoría de estaciones se encuentra en la zona de agricultura mientras muy pocas se encuentran en zonas de plantación forestal o Tierras erosionadas. Pero no solamente el número de estaciones es importante sino también el impacto de cada zona para los recursos hídricos, así que el número de estaciones en zonas de páramo o bosque natural tampoco no puede ser considerado como suficiente.
Tabla 6: Número de estaciones por zona de respuesta hidrológica Zona de respuesta hidrológica Medición de precipitación Medición de varios parámetros meteorológicos Agricultura 18 9 Plantación forestal 3 1 Páramo 7 1 Tierras erosionadas 4 3 Bosque natural 6 0 Zona urbana 8 3 Glaciar 0 0
4.1.2 Estado de las estaciones
Se visitó un gran número de estaciones para evaluar su estado de funcionamiento. Sin embargo se debe tener cuidado al extrapolar hacia conclusiones generales sobre el estado de las estaciones. Lo que se puede decir es que el escaso mantenimiento de metadatos sobre las estaciones, sobre todo de las coordenadas complica una verificación independiente.
Se ha podido observar que en los casos de las estaciones con operadores hay un buen mantenimiento de la estación, pero hay la tendencia de no poner suficiente énfasis en los alrededores, como por ejemplo la cercanía de árboles demasiado grandes. Una recopilación de la información obtenida en el campo se encuentra en el anexo C.
De acuerdo a entrevistas realizadas al personal responsable de las estaciones, tanto en la EMAAP-Q como en el INAMHI, no existen protocolos para el mantenimiento de las mismas. Se realiza un mantenimiento cuando se reporta un daño en las estaciones, en función del daño producido.
4.1.3 Monitoreo de la calidad del agua
La dirección de medio ambiente de municipio de Quito, conjuntamente con la dirección de planificación, han realizado monitoreo de la calidad del agua en los ríos de la Hoya de Quito (2004), con el objeto de establecer un documento que de cuenta del grado de contaminación de los recursos hídricos en la Hoya de Quito. Básicamente han monitoreado DBO, DQO, TDS y Temperatura de agua, sin existir información relacionada con geoquímica del agua.
En la EMAAP-Q existen monitoreos aleatorios de calidad del agua, sin existir un período de recurrencia de las mediciones. Sin embargo este tipo de monitoreo se verá mejorado, cuando en el mediano plazo, el Programa de Saneamiento Ambiental (PSA) de la EMAAP-Q inicie los estudios para la descontaminación de los ríos de Quito, por lo que se recomienda establecer contactos con el personal del PSA, para una adecuada coordinación.
Los posibles tipos de monitoreo son: Calidad de agua
Biodiversidad y ecosistemas Descargas de efluentes (Alerta temprana)
4.2 Funcionamiento actual del monitoreo
Se debe tomar en cuenta que todavía no se puede hablar en general de una red de monitoreo que incluye todas las estaciones mencionadas anteriormente en este capítulo. Cada institución hace su propia recopilación de datos y les interpreta según sus propias necesidades de información, sin ningún intercambio documentado que interlace la información generada por los diferentes actores. Otro aspecto es que solo las estaciones manejadas por el INAMHI tienen registros con una duración mayor a 10 años que pueden servir para observar cambios a largo plazo.
4.2.1 Colección de datos
Aproximadamente la mitad de las 63 estaciones meteorológicas y 12 hidrológicas que actualmente están midiendo en la cuenca alta del río Guayllabamba tienen registros automáticos. El resto tiene operadores propios que generalmente miden diariamente. En unos pocos casos de pluviómetros manejados por el FONAG solo se mide la precipitación acumulada en dos semanas o un mes.
4.2.2 Almacenamiento y análisis de datos
Dependiendo de la institución los datos se almacenan en bases de datos en Microsoft Excel, Oracle o Microsoft SQL Server. En algunos casos la depuración y el análisis de los datos no se realiza periódicamente sino solo cuando se requiere obtener una información específica. Esto implica que no todos los datos están analizados de la misma manera, hecho que impide la observación general de fenómenos en toda el área de proyecto.
4.2.3 Reporte de resultados
Como mencionado anteriormente, no todos los datos están tratados de igual manera, así que los reportes difieren mucho dependiendo de las necesidades de información del momento hecho los reportes.
El documento “Recopilación y validación de información” (Mafla et al., 2008) menciona la falta de metadatos en la mayor parte de la información recopilada en los trabajos anteriores del proyecto. Esto significa que para gran parte de la información no hay conocimiento del origen, la calidad y el método de procesamiento de los datos.
4.2.4 Uso de la información
Se pueden identificar distintos usos de la información obtenida mediante las mediciones, como por ejemplo: la búsqueda de tendencias de cambios climáticos, estudios de inundaciones y sequías, de erosión y sedimentos, modelización hidrológica, el monitoreo de calidad del agua, observaciones aeronáuticos y proyectos de infraestructura. En el caso de las estaciones del FONAG en los parques nacionales en la parte alta de la cuenca entre otros un uso es la sensibilización de comunidades para la conservación de las fuentes de agua y al cambio climático.
Como el acceso a la información todavía es restringido no hay un uso público o educativo de la información, en la mayoría de los casos son las mismas instituciones que realizan las mediciones que hacen uso de la información.
En el caso de la EMAAP-Q el uso más importante de la información es de tener datos para el diseño de proyectos.
El INAMHI genera datos sin ninguna orientación específica, se limita a operar las estaciones que están en funcionamiento, sin embargo los datos que se obtienen son utilizados en diseño de proyectos de infraestructura, educacional y en un pequeño porcentaje en gestión e investigación.
La DAC, genera datos meteorológicos que permiten la operación de espacio aéreo en Quito.
4.2.5 Accesibilidad a la información
La accesibilidad a los datos desde fuera de las instituciones que los elaboraron es restringida. Unos pocos datos se pueden encontrar en Internet. El procedimiento para obtener información se presenta complicado también de una institución a la otra.
Las razones para esta inaccesibilidad son varias. De un lado, no toda la información está mantenida en un formato fácil para presentar. Esto es el caso para los proyectos específicos para los cuales solo se deduce una información determinada requerida para el proyecto y no hay una presentación general de los datos. La falta de preprocesamiento muchas veces es argumento para no poder entregar la información. De otro lado con un acceso libre falta un reconocimiento económico para cubrir los costos de la elaboración de la información para entidades que la pueden usar después con fines de lucro. Además hay la preocupación de que con la publicación de ciertos datos sensibles se podrían generar reclamos de parte de grupos que consideran tener derecho a compensaciones por uso del agua captada en sus zonas de influencia.
4.3 Conclusiones sobre el funcionamiento actual del monitoreo en
la Hoya de Quito
La información de precipitación en la Hoya es relativamente satisfactoria. Existe gran cantidad de estaciones en zona urbana, en el Pichincha y en los valles. Sin embargo, todavía existen importantes vacíos en las partes altas de las cuencas del río Pisque, Chiche, Pita y San Pedro. Parte de estos vacíos está siendo llenada con instalación reciente de estaciones de EMAAP-Q y FONAG en las cuencas del Río Pita y San Pedro. Sin embargo permanece el vacío en las cuencas altas de Pisque y Chiche.
La información de los demás parámetros meteorológicos es relativamente satisfactoria. Existen estaciones meteorológicas de larga data y se han instalaciones recientes en las zonas altas de la cordillera real, donde existía un vacío.
La información sobre caudales es extremadamente deficiente debido a la casi inexistencia de estaciones limnigráficas automáticas en cauces naturales. La mejor información de caudales sigue siendo la generada por INAMHI e INECEL desde los años 70. En la actualidad tanto la EMAAP-Q como el FONAG realizan campañas de aforos en subcuencas de interés. Los consultores consideran que estas campañas tienen una baja relación beneficio/costo ya que la utilidad de esta información de caudales puntuales es muy baja comparada con registros continuos de caudal. La información de aforos no permite realizar procedimientos básicos en la hidrología, tales como la generación de curvas de duración general, cálculo de caudales de cierta probabilidad de ocurrencia y curvas de variación estacional. Se considera que la primera prioridad en monitoreo es la instalación de una red estaciones de registro automático a nivel de subcuenca y microcuenca.
No existe monitoreo a nivel de ecosistemas o de zonas de respuesta hidrológica. Para entender mejor la respuesta hidrológica de zonas claves como de páramo y bosque andino y para evaluar el potencial efecto de acciones de “restauración” como la (re)forestación, es urgente monitoreo a escala de microcuenca en estas zonas.
Todos los esfuerzos actuales de monitoreo, incluyendo los de calidad de agua, están en función de necesidades locales o de un actor específico; no existe monitoreo para la gestión integrada de los recursos hídricos.
5 Términos de referencia para el diseño de una red de
monitoreo hidro-meteorológico
Los términos de referencia tienen como objetivo servir de base para diseñar la red de monitoreo hidro-meteorológico. Básicamente, en ellos se especifica qué se debe medir, también en términos de precisión, porqué se tiene que medir y cómo se tienen que llevar a cabo el análisis de los datos y los procedimientos de reportaje. De esta manera, los términos de referencia incluyen los requerimientos para el diseño de la red, diseño en el cual se define después cómo y en dónde se tiene que medir. En el presente documento sólo se definen los términos de referencia, el diseño de la red de monitoreo se llevará a cabo en una siguiente fase.
Como mencionado anteriormente el monitoreo debe cubrir las necesidades de información explicado en el capítulo 3 de este documento. También se debe cumplir con las responsabilidades de un servicio hidrológico que la Organización Meteorologica Mundial (OMM) define en su guía de prácticas hidrológicas (WMO, 1994) de la siguiente manera:
• establecer las necesidades de información sobre los recursos hídricos de usuarios actuales o del futuro
• definir estándares (precisión, accesibilidad, exactitud, actualidad) de los datos • diseñar y establecer redes hidrométricas, tanto redes especiales como redes básicas • desarrollar metodologías para transferir informaciones de sitios de medición a otros
lugares de la región para cuales son representativas.
• recolectar datos y mantener un control de calidad para esta proceso
• procesar y archivar datos y mantener un control de calidad para este proceso
• hacer que los datos están accesibles para los usuarios, cuando, donde y en la forma ellos necesiten
• informar potenciales usuarios de la información disponible
• desarrollar nuevas tecnologías y realizar estudios de procesos hidrológicos y procesos relacionados para asistir al usuario en la interpretación de los datos
• asegurar la coordinación con otras instituciones que obtienen informaciones relacionadas con recursos hídricos u otra relevante información como hidro-geológica, uso de agua, topográfica, uso de suelo o climática.
Se entiende que la entidad llamada “servicio hidrológico” por la OMM en el caso presente es la institución que se va a encargar del monitoreo en toda la cuenca alta del río Guayllabamba, entidad que todavía no está constituida.
El monitoreo descrito por estos términos de referencia es un monitoreo de tipo hidro-meteorológico, y de calidad del agua. De esta manera, los parámetros a medir son los descritos en el capítulo 3.2: Precipitación, Temperatura, Velocidad de Viento, Radiación solar, Humedad Relativa y Caudal. Como parámetros de calidad de agua se incluyen Aniones, Cationes, TDS, Temperatura, DBO, DQO y otros a criterio del consultor, siempre y cuando estén debidamente justificados.
5.1 Criterios
5.1.1 Precondiciones para la ubicación de estaciones
La ubicación de todos los instrumentos del mismo tipo en una región debería ser comparables. Si se establecen nuevas estaciones hay que pensar en sitios cuyas características no pueden cambiar o estar afectadas por obras en el futuro.
Una buena base para tener una representación adecuada de la variabilidad temporal y espacial sería una zonificación hidrológica como la de las zonas de respuesta hidrológica presentada en el informe del modelo hidrológico de este mismo proyecto (De Bievre et al., 2008) y la división por subcuencas (ver anexo B).
5.1.2 Frecuencia de medidas
La variabilidad espacial y temporal también influye en la frecuencia debida de medidas, tal como los objetivos del monitoreo. Visto que en este monitoreo no se trata de un monitoreo de alerta temprana el tiempo de respuesta y la frecuencia de medidas pueden estar manejadas de una manera menos estricta. Además hay que tomar en cuenta el balance entre costos, beneficios y efectividad para definir las frecuencias de medidas.
A pesar de esto para la toma de decisiones y detectar la variabilidad temporal es importante tener por lo menos valores diarios de todos los sitios medidos para entender bien la variabilidad temporal de los parámetros. Sin embargo, la reducción de costos de las estaciones automáticas que tienen una frecuencia de medidas en el rango de minutos, hace preferible la instalación de este tipo de estaciones.
5.1.3 Distribución espacial de estaciones
El Objetivo de la red es de presentar las características climáticas representativas para todos los tipos de topografía y de uso de suelo del área observado.
Es muy importante tener en cuenta la altísima variabilidad espacial de la precipitación en este tipo de zona de montaña. La exactitud de los resultados obtenidos aumenta con el tiempo de medición y el número de estaciones, como demuestra la Figura 3,a continuación:
N= número de estaciones Línea= correlación espacial
Figura 3: Correlación espacial dependiendo de número de estaciones
Hay que tomar en cuenta el balance entre los costos (para instalación y el mantenimiento) y la efectividad de los resultados obtenidos. Los costos van bajando con mas distancia entre las estaciones pero en el mismo tiempo aumenta el error de estimación (Loucks y van Beek, 2005). La Figura 4 muestra esta relación.
Figura 4: La densidad de sitios de monitoreo influye la estimación de condiciones promedias tanto como los costos del monitoreo (Loucks y van Beek, 2005)
Para obtener un cubrimiento espacial satisfactorio, hay que considerar la variabilidad espacial de los valores y la importancia de captar esta variabilidad (Loucks y van Beek, 2005).
Para las estaciones meteorológicas, la densidad y la distribución de estaciones en una red depende de los factores siguientes: los elementos meteorológicos a ser observados, la topografía, el uso de suelo y las necesidades de información.
Según la OMM, una red dispersa es suficiente para observar la presión atmosférica, una red más densa para el estudio de temperatura mínima y máxima y una red muy densa para examinar la precipitación y el viento (WMO, 2006), asi que en el caso presente se necesita una red muy densa para poder observar la precipitación en sus variabilidades regionales, considerando que según Loucks y van Beek (2005), los pluviómetros deben estar ubicados en sitios donde se sabe que la probabilidad para gradientes significantes es grande (Loucks y van Beek, 2005).
Por lo tanto, el diseño de la red debe incluir un análisis de la variabilidad espacial de estos parámetros en base a la información actual disponible. Este análisis permitirá aumentar la densidad en zonas de gran variabilidad espacial.
Para las estaciones hidrológicas hay que considerar las siguientes sugerencias: Loucks y van Beek (2005) sugieren ubicar suficientes estaciones midiendo caudales en los ríos principales para tener una buena base para la interpolación de los datos entre los estaciones, tomando en cuenta las condiciones hidráulicas para definir ubicaciones de estaciones, además la estabilidad de la relación nivel de agua – caudal, variabilidad temporal del caudal y la accesibilidad a la estación en todas las temporadas. La OMM sugiere ubicar donde posible las estaciones básicas en ríos con caudales naturales. También hay que tratar de tener las estaciones en las partes bajas de los ríos mas importantes, donde los ríos desprenden de las montanas y arriba de los puntos de infiltración de aguas para riego (WMO, 1994). Para asegurar una toma de mediciones adecuada hay por lo menos que tener tantas estaciones en ríos pequeños que en ríos principales. Pero es importante tener una sistematización de la toma de mediciones en ríos pequeños porque es imposible poner estaciones en cada rió (WMO, 1994).
5.1.4 Responsabilidades
institucionales
La OMM pone énfasis en la importancia de definir las responsabilidades institucionales. Hay que definir e identificar las responsabilidades, papeles y objetivos de todas las organizaciones involucrados en los varios aspectos de manejo de recursos hídricos. Establecer vínculos de comunicación entre las organizaciones para facilitar la coordinación e integración de diferentes redes y, como mencionado anteriormente es inevitable identificar los objetivos del monitoreo en términos de uso de información (WMO, 1994).
5.2 Precisión
El consultor deberá definir en consenso con los diferentes actores el error máximo de interpolación, para lo cual deberá utilizar metodologías geo-estadísticas para la interpolación o definición de errores, por ejemplo Kriging, mediante la selección del variograma adecuado
5.3 Operación y mantenimiento
5.3.1 Colección y almacenamiento de datos
El consultor deberá diseñar una red que cumpla con las normas ISO en cuanto a calidad y almacenamiento de datos, con el objeto de reducir posibles problemas y errores en cuanto a la validez de la información. Sin embargo, los sistemas y nuevas estaciones que se planteen instalar deberían ser del tipo automático con registro continuo y almacenamiento automático de datos, de tal manera que sea fácil su interpretación y análisis.
5.3.2 Análisis de datos
Para efectos de diseñar la red hidrometeorológica, el consultor deberá realizar un análisis de la red de datos existente, de tal manera que se valide o deseche la información existente, este será un insumo para el rediseño de toda la red de monitoreo de la Hoya de Quito.
5.3.3 Presentación de resultados
La organización mundial de meteorología sugiere en su “guía de instrumentos meteorológicos y metodologías de observación” (WMO, 2006) la siguiente forma de mantener metadatos:
• Coordenadas de la estación en el sistema de coordenadas WGS84-EGM96 con resolución de 1 a 1000m
• altitud sobre el nivel del mar, medida en el lugar donde esta ubicado el pluviómetro. En el caso de que no hay pluviómetro se mide en la ubicación del termómetro.
• altitud del barómetro, si es que se mide la presión atmosférica • tipo de instrumentación
• informaciones sobre el emplazamiento • procedimientos de datos
• metodologías
Además es importante mantener los datos en una base de datos geográfica que está basada en un modelo formal de datos.
Como se ha mencionado en el documento “Recopilación y validación de información “(Mafla et al., 2008), la norma ISO 19115:2003 da una buena base para el mantenimiento de metadatos. También la herramienta ArcGIS da una buena propuesta de cómo mantener metadatos.
5.3.4 Viabilidad del rediseño de la red de monitoreo
El implementación de una red de monitoreo para la Hoya de Quito, requiere de un proceso participativo, contractual y comprometido, de tal manera que se permita su sostenibilidad a en el tiempo y en el espacio. Para ello se considera necesario el seguir los siguientes pasos:
• Elaboración de documentos precontractuales y mesas de trabajo • Ejecución del contrato de consultoría para el diseño de la red • Revisión de los estudios del contrato de consultoría
• Compra de equipos y programa de mantenimiento de las estaciones existentes • Instalación de estaciones y pruebas iniciales
Estas actividades se las recomienda realizar en un período de al menos 25 meses, según el siguiente cronograma:
ITEM Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6 Mes 7 Mes 8 Mes 9 Mes 10 Mes 11 Mes 12 Mes 13 Mes 14 a mes 25 Elaboración de documentos precontractuales XXXX Ejecución del contrato de diseño de la red XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX Revisión de los estudios XXXX Compra de equipos XXXX XXXX XXXX Instalación de estaciones y pruebas XXXX XXXX XXXX Pruebas y validación de la red X‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> X
Por otro lado y para facilitar la contratación de la consultoría que permita el rediseño de la red existente, se prepararon términos de referencia sobre los cuales se deberá llamar a concurso abierto a personas naturales o jurídicas; el borrador del concurso público se puede ver en el anexo E y el costo derivado de estos estudios en el anexo F.
Bibliografía
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Cisneros, F., de Keizer, O., de Bievre, B., Mafla, E., Coello, X. e Icaza, E., 2007. Plan de Trabajo. Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.
De Bievre, B., Coello X., Maljaars, P., 2008. Diagnóstico del balance entre oferta y demanda hídrica, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.
De Bievre, B., Coello X., 2007. Caracterización de la Oferta Hídrica, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.
Foppen, W, 2002, Hydrogeochemestry, IHE-Delft, Lecture Notes
Gordon, N., McMahon, T., Finlayson, B., Gippel, C., Nathan, R., 2004. Stream Hydrology. An Introduction for Ecologists. John Wiley and Sons, West Sussex.
INEN. Normas de calidad de agua potable. Quito
Mafla, E., de Bievre, B. y Coello X,. 2008. Recopilación y validación de información. Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.
Mafla, E., 2007. Diagnóstico del Sistema de Concesiones. Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.
Loucks, P. y van Beek, E., 2005. Water Resources Systems Planning and Management. An Introduction to Methods, Models and Applications. UNESCO, Paris.
Stuyfzand, P.J, 1993. Hydrochemistry and hydrology of the coastal dune area of the western Netherlands, PhD Thesis, Vrije Universiteit Amsterdam
World Health Organization (WHO), 2004, Water Quality Guidelines for drinking proposes. World Meteorological Organization (WMO), 2006. Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. Preliminary seventh edition. WMO-No. 8. Secretariat of the World Meteorological Organization, Geneva.
World Meteorological Organization (WMO), 1994. Guide to Hydrological Practices. Data Acquisition and Processing, Analysis, Forecasting and other Applications. Fifth edition. WMO-No. 168. Secretariat of the World Meteorological Organization, Geneva.
Este Anexo muestra un resumen de los criterios seleccionados de diferentes manuales elaborados por la Organisación Meteorológica Mundial que se deberían considerar en la elaboración de la red de monitoreo hidro-meteorológica y especialmente en la instalación de nuevas estaciones. Instrumentos Tema No. de documento de la OMM Rain Gauges
All gauges in any area or country should have comparable exposures, and the same siting criteria should be applied to all.
The gauge should be exposed with its orifice being horizontal over
ground level.
Where possible, the gauge site should be protected from wind
movement in all directions by objects (trees, shrubs, etc.) of as nearly uniform height as possible. The wind speed at the level of the gauge
orifice should be as small as possible.
The height of these objects above the orifice of the gauge should be at least half the distance from the gauge to the objects, but should not exceed the distance from the gauge to the objects (to avoid interception
of precipitation that should reach the gauge). Individual objects for wind protection should not be closer to the gauge than a distance equal to
four times their height.
The ideal situation is to have the angle from the top of the gauge to the
top of the encircling objects between 30° and 45° to the horizontal.
Objects such as wind-breaks, consisting of a single row of trees,
should be avoided as protection for gauges, as they tend to increase turbulence at the gauge site.
Isolated or uneven protection near the gauge should also be avoided because of variable and unpredictable effects on the gauge catch. The ground surrounding the gauge can be covered with short grass
or be of gravel or shingle, but a hard flat surface, such as concrete, gives rise to excessive splashing.
The height of the gauge orifice above the ground should be as low as possible because the wind velocity increases with height, but it should be
high enough to prevent splash from the ground. A standard height of
one meter is recommended.
There should be no any actual blocking of precipitation by surrounding objects.
A site that is sheltered from the full force of the wind should be chosen to avoid wind-caused measurement errors.
WMO No.-168
Outdoor instruments should be installed on a level piece of ground, approximately 10 meters by 7 meters (the enclosure), covered with
short grass or a surface representative of the locality, and surrounded by open fencing or palings to exclude unauthorized persons.
There should be no steeply sloping ground in the vicinity and the site should not be in a hollow, ridge, cliff, building, wall, or other
WMO No.-8
obstructions. The sunshine recorder, rain gauge, and anemometer must have exposures to satisfy their requirements, preferably on the same site as the other instruments;
Very open sites which are satisfactory for most instruments are
unsuitable for rain gauges. For such sites, the rainfall catch is reduced
in other than light winds and some degree of shelter is needed;
If in the surroundings of the instrument enclosure, maybe at some distance, objects like trees or buildings obstruct the horizon
significantly, then for observations of sunshine or radiation alternative viewpoints should be selected.
The position used for observing cloud and visibility should be as open as possible and command the widest possible view of the sky and
the surrounding country.
It is obvious that some of the above considerations are somewhat contradictory and require compromise solutions.
The station shouldn’t be affected by the growth of vegetation,
including even limited tree growth near the sensor, growth of tall crops or woodland nearby, erection of buildings on adjacent land, or increases (or decreases) in road or air traffic.
WMO No.-100
For the measuring of outdoor temperature and humidity: about 9 meters by 6 meters is sufficient, within this an area of 2 meters by 2 meters of bare ground is ideal for observations of the state of the ground and soil temperature measurements.
Anemometers require exposure at a distance from any obstruction of at
least 10, and preferably 20, times the height of the obstruction.
The exposure should remain unchanged, for a decade or more.
WMO No.-8 OMM No.-168 Estaciones hidrológicas Discharge
Measurements need not to be made at the exact location of the stage gauge because the discharge is normally the same throughout a reach of channel in the general vicinity of the gauge
WMO No.-168
o the velocities at all points are parallel to one another and at right angles to the cross-section of the stream;
o the curves of distribution of velocity in the section are regular in the vertical and horizontal planes;
o the velocities are greater than 0.150 m s-1;
o the bed of the channel is regular and stable;
o the depth of flow is greater than 0.300 m;
o there is no aquatic growth;
o there is minimal formation of slush or frazil ice Stream gauge
The general course of the stream is straight for about 100 meters
upstream and downstream from the gauge site.
The total flow is confined to one channel at all stages and no flow
bypasses the site as sub-surface flow.
The stream bed is not subject to scour and fill
Banks are permanent, high enough to contain floods, and are free of
brush.
Unchanging natural controls are present in the form of a bedrock outcrop or other stable riffle during low flow, and a channel constriction for high flow, or a fall or cascade that is unsubmerged at all stages to provide a stable relationship between stage and discharge. If no satisfactory natural low-water control exists, then installation of an artificial control should be considered.
A site is available, just upstream from the control, for housing the stage recorder where the potential for damage by water-borne debris is
minimal during flood stages. The elevation of the stage recorder itself should be above any flood likely to occur during the life of the station. The gauge site is far enough upstream from the confluence with
another stream.
A satisfactory reach for measuring discharge at all stages is available within reasonable proximity of the gauge site. It is not necessary that low and high flows be measured at the same stream cross-section.
The site is readily accessible for ease in the installation and operation
of the gauging station.
In many instances, it may be impossible to meet all of these criteria. Judgement is then required to select the most suitable site for the gauge.
WMO No.-168
! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . ! . #0 #0 #0 #0 #0 #0 #0 #0 #0 #0 #0 #0 QUITO Conocoto Calderón Sangolqui Pifo Cumbayá Cayambe Tumbaco Olmedo Amaguaña Machachi Azcázubi Tabacundo Nayón San Antonio de Pichincha
Otón Yaruquí Aloag Pomasqui Checa Pintag Puembo Tambillo Tupigachi Zámbiza El Quinche Cangahua Uyumbicho La Merced Guayllabamba Alangasí Tababela Puéllaro Toachi Perucho Malchinguí Chaupi Pataqui Guangopolo Shimpis Llano Chico Atahualpa Cotogchoa Cutuglahua La Esperanza Rumipamba Aloasí C8 C7 EM1 MA86 MA2T M188 M120 M113 M111 M055 M024 M023 M003 M002 M260 M009 E8(P) E7(P) E6(P) E5(P) E4(P) E3(P) C4(P) C2(P) E2(P) P16(P) P21(P) P24(P) P15(P) P22(P) P25(P) P23(P) 06PLV2 28PVL3 28PVL2 P17(P) P39(P) P35(P) P19(P) 28PVL1 07MET1 27PVL1 27MET1 26PVL3 26PVL1 26PVL2 06PVL1 06MET1 P36 (P) M343(P) M364(P) M361(P) M357(P) M354(P) M353(P) M346(P) M345(P) M344(P) M335(P) M359(P) M358(P) M339(P) M337(P) E5 E4 E3 E2 E1 H159 H158 H149 H148 H143 H145 760000m.E 77 78 79 80 81 82 83 84 9 9 2 0 0 0 0 m .N 992 993 993 994 994 995 995 996 996 997 997 998 998 999 999 1000 1000 1001 1001 1002 1002
±
ECUADORCuenca del Río Esmeraldas
Hoya de Quito
Ubicación del área de estudio en el Ecuador:
0 2,5 5 10 15
Km ESCALA 1:350.000
k
E. METEOROLOGICASCODIGO NOMBRE
06MET1 ASO. SAN MARCOS 07MET1 CONTROL NORTE 27MET1 YURAFACCHA 06PLV2 INSTITUTO ALOASI 06PVL1 LA VIRGEN 26PVL1 EL TAMBO 26PVL2 PAPALLACTA 26PVL3 BAÑOS 27PVL1 YAMUYACU 28PVL1 MUDADERO 28PVL2 ALUMIES 28PVL3 ESCORIA VOLCANICA C2 RUMIHURCO C4 RUMIPAMBA C7 SAN ANTONIO C8 IASA-ESPE EM1 YARUQUI E2(P) BELLAVISTA E3(P) GUAYLLABAMBA E4(P) SAN SIMÓN E5(P) LA MICA E6(P) RAMÓN HUAÑUNA E7(P) TAMBO 2A E8(P) PAPALLACTA P15(P) EL CINTO P16(P) IZOBAMBA P17(P) EL TINGO P19(P) LA TOLA (TUMBACO) P21(P) CHILLOGALLO P22(P) PUENGASI P23(P) ATACAZO P24(P) OBSERVATORIO P25(P) EL TROJE P35(P) PITA EN BOCATOMA P36(P) MAUCA TAMBO P39(P) YANGAHUAGRA M002 LA TOLA M003 IZOBAMBA M009 LA VICTORIA GUAYLLA. M023 OLMEDO-PICHINCHA M024 QUITO INAMHI-INNAQUITO M111 MALCHINGUI INAMHI M113 UYUMBICHO M120 COTOPAXI-CLIRSEN M188 PAPALLACTA M260 PIFO MA2T TOMALON-TABACUNDO MA86 NAYON - GRANJA STA ANA M335(P) LA CHORRERA
H
E. HIDROLOGICAS M337(P) SAN JOSE DE MINASCODIGO NOMBRE M339(P) NANEGALITO
E1 EL COLEGIO Q. MONJAS M343(P) EL QUINCHE_PICHINCHA
E2 EL RECREO M344(P) CANGAHUA
E3 TRANSITO M345(P) CALDERON
E4 CAPULI M346(P) YARUQUI INAMHI
E5 PITA EN BOCATOMA M353(P) RUMIPAMBA-PICHINCHA H143 GRANOBLES AJ GUACHALA M354(P) SAN JUAN-PICHINCHA
H145 GUAYLLABAMBA AJ CUBI M357(P) CANAL 10 TV.
H148 GUAYLLABAMBA DJ PISQUE M358(P) CALACALI INAMHI H149 GUAYLLABAMBA EN PTE.CHACAPATA M359(P) CAYAMBE
H152 LA CHIMBA EN OLMEDO M361(P) NONO
H158 PITA AJ SALTO M364(P) LORETO PEDREGAL
H159 SAN PEDRO EN MACHACHI M055 QUITO AEROPUERTO-DAC
INSTITUCIÓN RESPONSABLE EMAAP-Q INAMHI FONAG LEYENDA Población urbana U N I Ó N I N T E R N A C I O N A L P A R A L A C O N S E R V A C I Ó N D E L A N A T U R A L E Z A
BANCO INTERAMERICANO DE DESARROLLO
HOYA DE QUITO: ESTACIONES DE MONITOREO POR SUBCUENCA
FUENTE: FECHA DE REALIZACION:
Abril - 2008 TITULO MAPA:
SIST. DE COORDENADAS: UTM zona cuadricular 17M WGS 1984 Propia elaboración
NOMBRE PROYECTO:
MANEJO INTEGRADO DE RECURSOS HIDRICOS EN LA HOYA DE QUITO #0 Estación hidrológica ! . Estación meteorológica ! . Estación pluviométrica Línea de drenaje
