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"Resiliencia hidrológica, gestión y participación de
usuarios en la explotación intensiva de acuíferos; ejemplos de estudios de caso"
Dpto. de Geología, Universidad de Sonora
Seminario 2016 de Alhsud
Chile "Explotación dinámica de acuíferos: Solución para épocas de sequía“ Noviembre 22, 2016
Dr. Miguel Rangel Medina Presidente Asociación Latinoamericana de Hidrología Subterránea para el Desarrollo (ALHSUD) www.alhsud.com Presidente Asociación Internacional de Hidrogeólogos (AIH/IAH) Capítulo Mexicano, www.iah-aih.mx [email protected]
Asociación Latinoamericana de Hidrología Subterránea para el Desarrollo
Associação Latinoamericana de Hidrologia Subterrânea para o Desenvolvimento
Definición de sequia La sequía se puede definir como una anomalía transitoria en la que la disponibilidad
de agua se sitúa por debajo de los requerimientos estadísticos de un área geográfica
dada. El agua no es suficiente para abastecer las necesidades de las plantas,
los animales y los humanos. National Weather Service (2008)
Factores humanos; como demanda y
manejo del agua pueden exacerbar el
impacto!
La sequía es un fenómeno natural que ocurre cuando la
precipitación y la disponibilidad del agua en un período de tiempo,
en una región dada
Cuando es menor que el promedio histórico registrado, y cuando
esta deficiencia es lo suficientemente grande y prolongada como
para dañar las actividades humanas
La sequía es inevitable, impredecible, progresiva y
frecuentemente catastrófica
Sequía Aridez
POR LO TANTO…EN HIDROLOGÍA
EXPLOTACIÓN DINÁMICA EN
TIEMPOS DE SEQUÍA
RIESGO GEOLOGICO AMBIENTAL
GESTION INTEGRADA
DE RECURSOS HIDRICOS
IMPACTO
GEOLÓGICO
AMBIENTAL
SERVICIOS ECOSISTÉMICOS RIBEREÑOS Y CADENA DE PRODUCCIÓN Y CONSUMO
HUMANO
FENÓMENO NATURAL
SEQUIA
HIDROLÓGICA
COMPETENCIA POR EL AGUA
RESILIENCIA
HIDROLÓGICA
SOLUCIÓN PARA ÉPOCAS
DE SEQUIA
EXPLOTACIÓN DINÁMICA
Geología,
Geomorfología
Hidrología ambiental,
usos de la tierra y
del agua, la
vegetación
Dominio del agua
(superficial + tierra)
Modelo-
Hidrológico
Natural
ABM
Sistema de
Desarrollo y
Toma de
Decisiones
Infra-
estructura
Clima
Modelo
Climático
(largo– plazo)
Mercado /
precios
Demanda de
productos y
tasas de
crecimiento
Legislación
Salida Salida
GESTION
SOCIO-ECONÓMICA Y POLITICA GESTION INTEGRADA DE
RECURSOS HIDRICOS
METODOLOGÍA DEL SISTEMA HIDROGEOLÓGICO AMBIENTAL
MHS
Modelo
HidroSocial
Conocer su Disponibilidad lleva la Sustentabilidad.
Saber si la operación de un acuífero puede conducir a sobre bombeo, o al minado.
“El uso intensivo en un acuífero minado se contrapone a su posible recuperación”
(1) Daño irreversible del acuífero.
(2) Insustentabilidad del sistema. (3) Detonación del conclicto.
RESULTADOS NEGATIVOS POSIBLES:
ACUIFERO SOBRE
BOMBEADO
(FREATICO)
La sustentabilidad es una herramienta útil en USO INTENSIVO que nos permite:
1. Desarrollar estrategias para el correcto manejo del agua.
2. Determinar la sensibilidad intrínseca del acuífero (VARIABLES).
3. Que ayuda en la dirección de esfuerzos y en la recolección de datos
4. Resolver conflictos (Teoría del Conflicto: Toda carencia potencia conflictos).
Entonces lograr la sustentabilidad es y tiene por propósito:
Una combinación de modelos hidrológicos con modelos sociales, económicos y de
desarrollo.
Una solución a los problemas de optimización.
Obtener Modelos de calidad y balance de agua: que los simulen a lo largo de la cuenca.
Optimizar los resultados deseados.
JUGAR
CON EL
ACUIFERO!!!
IMPORTANTE DEFINIR EL BALANCE DE CUENCA ANTE EL USO INTENSIVO
CARÁCTER DE CORREDORES RIBEREÑOS y acuíferos freáticos
Niveles freáticos no son profundos (agua accesible)
Tienen altos niveles de uso por la emergencia y consumo humano
Existe una clase importante de sistemas socio-ecológicos (SES)
Competencia entre las estructuras y funciones SES
Servicios de ecosistemas valiosos
Vulnerables a los cambios en la demanda de agua y el uso de la tierra
Vulnerables al cambio y la variabilidad climática
Colapso y reorganización - periódicos y recurrentes / equilibrios múltiples
Requiere respuestas SES por cruces y por escalas
Desde dentro y fuera de la cuenca
influencia crucial del contexto transfronterizo inter cuencas y político
7
Hipótesis del resultado del uso
intensivo
Interacciones escurrimiento-acuífero
Impacto y/o afectaciones
Gestión del agua
Instituciones y regulaciones
La suma de genera presiones al ecosistema por la COMPETENCIA del agua con otros
usuarios no ribereños.
Impacto por descensos de niveles
del agua subterránea poco
profundos por intercepción de
caudales
Cambios en la calidad del agua
naturales y antropogénicos
Conservación de la tierra y no preservar
el agua para contrarrestar los efectos
Identificar las propuestas y cambios
sobre la disponibilidad del agua
subterránea (Legislación).
Principales Objetivos y Metas
Evaluar la resiliencia del agua subterránea utilizando herramientas
de estudios científicos bióticos y abióticos.
Definir cómo responden los sistemas social y ecológico a las diferentes
fuentes y magnitudes de cambio en el tiempo, considerando
interacciones entre subsistemas ecohidrológicos.
De resultar con pérdida la resiliencia del agua subterránea
PREGUNTARSE: ¿Es posible proveer de nuevas oportunidades a los
propietarios de tierras y usuarios del agua?
¿Es posible que sean tomadas decisiones bien informadas para el
subsistema ecohidrológico en tiempos de sequía?
Ciclo Hidrológico y
Balance de Agua en la Cuenca
ECOSISTEMA
Recarga de Frente
de Montaña Recarga por superficie
de la cuenca
Recarga efimera de
canales
Recarga de bloques de
montañas
Basin Groundwater Flood
Recharge
Mojado
Húmedo
Seco
Sistema del valle del
río Yaqui
DISTRITO DE RIEGO DEL
VALLE DEL YAQUI
ALVARO OBREGÓN
El Oviachic
PLUTARCO
ELIAS CALLES
El Novillo
DISTRITOS DE RIEGOLITORALMAR
TRAMO DE CAUCE DEL RÍO YAQUI
Con régimen fluvial determinado por las
desfogues de la Presa EL Novillo
208 Km.
PRESAS EXISTENTESALVARO OBREGÓN
El Oviachic
PLUTARCO
ELIAS CALLES
El Novillo
DISTRITOS DE RIEGOLITORALMAR
TRAMO DE CAUCE DEL RÍO YAQUI
Con régimen fluvial determinado por las
desfogues de la Presa EL Novillo
208 Km.
PRESAS EXISTENTES272,000 ha
PERCOLA 652 hm3/año CAPAZ ALMACENAR 6,800 hm3 Descarga
550 hm3/año
PMA 506 mm
EMA 3025
hm3/año
Sitio Canal Bajo
Providencia
RIEGO 1,850 hm3/año
Presa Oviachic
Golfo de California
Area de
estudio
Río Yaqui
DISTRITO DE RIEGO VALLE DEL RIO YAQUI
SUPERFICIE:
272,000 Ha
ESCURRIMIENTO MEDIO ANUAL:
Río Yaqui de 3,291.7 Mm3
EXTRACCION MEDIA:
2,293.Mm3
INRAESTRUCTURA
HIDROAGRICOLA:
Red de 2,760 Km. de canales
principales y secundarios que irrigan
272,826 Ha de superficie en los
Valles del Yaqui y Mayo
PERDIDAS POR CONDUCCION:
1,075.95Mm3/año
En las cuencas de los ríos Yaqui y Mayo se
genera el 89% del total de los escurrimientos
(40 % del territorio regional)
DISTRIBUCIÓN DE LA DISPONIBILIDAD DE
AGUA SUPERFICIAL
El escurrimiento virgen medio en la región, se
estima en 5,459 hm3/año
14 18672
1,228
3,623
335
Sonoita Concepción Sonora Mátape Yaqui Mayo
Escurrimiento medio anual en las
principales corrientes (Mm3 al año)
Aguas Superficiales
Importancia del flujo base
De 64 sistemas acuíferos en la región, 15 se encuentran en condiciones de sobreexplotación, 13 en equilibrio y 36 subexplotados.
04
05SO
NO
RA
SINALO
ASONORA
CHIHUAHUA
ESTADOS UNIDOS DE AMERICA
CALIFORNIABAJA
PRESA " ADOL FO
RUIZ CO RTIN ES"
PRESA"ALVARO O BREG ON"
EL IAS C ALLES"
PRESA "PL UTARCO
RIO
ARO
S
RIO
M
ATA
PE
L. RODRIGUEZ "
PRESA "ABELA RDO
RIO
BA
CO
AC
HI
JuarezVilla
SUBREGIÓN
RÍO SONOITA
SUBREGIÓN
RÍO CONCEPCIÓN
SUBREGIÓN
RÍO YAQUI
SUBREGIÓN
RÍO MAYO
SUBREGIÓN
RÍO SONORA
12
02
29 3015 16
03
06 07
09 10
11
1432 31
31
31
313133
24
25
2617
18
19 22
23
20
34
3536
39
37 38
40
41
42
60
59
56
0408 13
27
28
GO
LFO
DE C
ALIF
ORN
IA
A C U I F E R O S
EN EQUILIBRIO
SUBEXPLOTADOS
SOBREEXPLOTADOS
4344
01
Sobre explotados Equilibrio Sub explotados
ACUIFEROS
La recarga media es de 2,707.08 hm3/año y las extracciones son del orden de 2,784.91 hm3/año, según los volúmenes concesionados, lo que significaría un déficit regional de -77.83 hm3/año.
Recarga Extracción
Aguas Subterráneas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Sonoita Concepción Sonora(1) Mátape Yaqui Mayo
136 291
525 600 609
828
129 144
1146
703
163 218
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
19
68
19
69
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70
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71
19
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19
75
19
76
19
77
19
78
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80
19
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90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
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19
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99
20
00
20
01
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09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
PR
EC
IPIT
AC
ION
(m
m)
MEDIA HISTORICA: 506.3 mm PRECIPITACIÓN PLUVIAL
ESCURRIMIENTO
SEQUÍA Y COLAPSO DEL SISTEMA
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
19
68
19
69
19
70
19
71
19
72
19
73
19
74
19
75
19
76
19
77
19
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19
79
19
80
19
81
19
82
19
83
19
84
19
85
19
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19
91
19
92
19
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20
00
20
01
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15
PR
EC
IPIT
AC
ION
(m
m)
MEDIA HISTORICA: 506.3 mm
FASE VALOR DE SPI
Sequía incipiente -0.50 a -0.79
Sequía moderada -0.80 a -1.19
Sequía severa -1.20 a -1.49
Sequía extrema -1.50 a -1.99
Sequía excepcional Menor que -2.0
INDICE ESTANDARIZADO DE
PRECIPITACIÓN (SPI)
PRECIPITACIÓN HISTÓRICA
El SPI a 48 meses es un indicador de la sequía
hidrológica
Concesión de 278 hm3/año 160 pozos
Río Santa Cruz, 1942
1989
Río San Pedro US-Mexico border
1930
2000
Slide provided by Julie Stromberg
HERENCIA Y EL PASADO (Frontera Mex-USA)
Assessing Resilience of Arid Region
Riparian Corridors: Ecohydrology
and Decision-Making in United
States – Mexico Transboundary
Watersheds Supported by the National Science Foundation's
Dynamics of Coupled Natural and Human (CNH) Systems Program, 2010-2016
Manejo de la Sequía.
Caso de uso intensivo con sequía en lado
mexicano.
CUENCAS DE ESTUDIO * Desierto de Sonora, pastizales, matorrales del desierto, bosques de ribera, bosques de roble y coníferas de tierras altas.
* Clima: monzón mexicano domina Río Sonora, y precipitación bimodal - San Pedro alta * Usuarios: El crecimiento urbano, la minería, la ganadería y la agricultura.
261 9 265 5
260 5
265 8
860
263 5
264 0
260 3
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265 4
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#·HERMOSILLO
Golfo de C
alifornia
ACUIFEROS DE LA REGION NOROESTE
S
W E
N
RIO COLORADO
(1 ACUIFERO)
SONOYTA
(4 ACUIFEROS)
SAN PEDRO-SANTA CRUZ
(3 ACUIFEROS)
RIO CONCEPCION
(13 ACUIFEROS)
RIO YAQUI
(25 ACUIFEROS)
RIO SONORA
(10 ACUIFEROS)
RIO MATAPE
(3 ACUIFEROS)
RIO MAYO
(3 ACUIFEROS)
FUERTE-MAYO
(2 ACUIFEROS)
(64 Aquifers)
U.S.A.
Acuíferos de Sonora., límites
administrativos definidos por
Conagua.
CUENCA DEL RIO SAN PEDRO
El área de recarga se
encuentra parcialmente
en el lado mexicano.
Su curso, escurre por 65.6
km de sur a norte en
temporadas de lluvias,
hasta cruzar la frontera
(Gómez-Álvarez et al.,
1994).
USA
MEXICO
Extracción de agua subterránea en la
porción alta. Flujo regional.
Control del bombeo en la zona ribereña
Sierra Vista
USA
MEXICO
CUENCA DEL
RIO SAN PEDRO
EN ARIZONA = 7,600 Km2
EN SONORA = 1,794.5 km2
Cananea
N
Lado mexicano, la cuenca ha sufrido sobrepastoreo y por tanto erosión del
suelo con surgimiento de maleza y desaparición de ciénegas. Se requieren
programas de manejo que permitan la recuperación de los pastizales y se
obtengan mejores resultados (Meléndez-Torres, 1993). Y que la agricultura
de riego por bombeo y próxima al cauce del río, durante la sequía baje la
tensión hidráulica al sistema ribereño.
Lado americano fuerte tensión hidráulica por agricultura intensiva de
bombeo en tiempo de sequía. Descenso de niveles y salinización de
suelos. Escaso escurrimiento superficial y nulo flujo subterráneo
horizontal hacia el sistema del río Colorado.
PRECIPITACION MEDIA ANUAL
456.8 mm
ESCURRIMIENTO MEDIO ANUAL
40.23 millones de m3
CUENCA DEL RIO SAN PEDRO
SPI 3 meses a diciembre de 2014
(indicador de sequía estacional o de corto plazo)
FASE VALOR DE SPI
Sequía incipiente -0.50 a 0.79
Sequía moderada -0.80 a -1.19
Sequía severa -1.20 a -1.49
Sequía extrema -1.50 a -1.99
Sequía excepcional Menor que -2.0
• Sequía a corto plazo es recurrente y se presenta en casi todos los años. Puede deberse a los períodos de estiaje en la región
• Mayor frecuencia de sequía a partir del año 1995, que coincide con el inicio de la sequía más prolongada en las cuencas del
estado de Sonora.
• La sequía tiene valor mínimo en el mismo año 1995, con sequía excepcional y se observa en 4 ocasiones: 1991, 1995, 2006 y
2014
CUENCA DEL RIO SAN PEDRO
SPI 12 meses a diciembre de 2014
(indicador de sequía intermedia o anual)
FASE VALOR DE SPI
Sequía incipiente -0.50 a 0.79
Sequía moderada -0.80 a -1.19
Sequía severa -1.20 a -1.49
Sequía extrema -1.50 a -1.99
Sequía excepcional Menor que -2.0
• Sequía de mediano plazo, años 1996, 2002 y 2011, SEQUÍA EXCEPCIONAL
• En los años 1997 y 1999 se presentó SEQUÍA EXTREMA, con valores del SPI en el rango de -1.5 a -1.99
• En los años 2006 y 2009 de presentó SEQUÍA MODERADA y SEQUÍA SEVERA, respectivamente
• A finales de 2013 y principios de 2014 la sequía alcanza valores entre -0.5 y -0.79, indicando SEQUÍA INCIPIENTE
• El período más largo con algún tipo de sequía se presentó entre los años 2011 a 2014
• Para sequía a largo plazo, de 1997 a 2000 y de 2011 a 2014, indican SEQUÍA EXTREMA en ambos períodos
• Para el período de 2004 a 2006, el SPI estuvo entre -0.5 y -1.0, indicando SEQUÍA DE INCIPIENTE a MODERADA
• En el año 2009 de presentó una SEQUÍA INCIPIENTE
FASE VALOR DE SPI
Sequía incipiente -0.50 a 0.79
Sequía moderada -0.80 a -1.19
Sequía severa -1.20 a -1.49
Sequía extrema -1.50 a -1.99
Sequía excepcional Menor que -2.0
CUENCA DEL RIO SAN PEDRO
SPI 48 meses a diciembre de 2014
(indicador de sequía de largo plazo o hidrológica)
Manejo de la Sequía.
Caso de uso intensivo con sequía Cuenca del río Colorado
El lago se encuentra actualmente en el 37% de la
capacidad (Davis, Oficina de Comunicación).
¿Cómo está haciendo daño la Sequía de California a la
Vida Silvestre
HOOVER DAM, El reservorio más grande de Estados Unidos se reduce al nivel histórico
mas bajo, en medio de una gran sequía extrema.
El gobierno federal podría implementar medidas
de emergencia si el nivel de agua se mantiene
en 1.075 pies o por debajo, al final del año
2016. Estas medidas requerirán de una
reducción en el suministro de agua a Nevada y
Arizona (Rose Davis, Oficina de Comunicación).
No es sólo las personas que están luchando para hacer
frente a la sequía registrada el Estado
"Los animales van a tener que arreglárselas con menos y
adaptarse", dijo Jason Holley, biólogo de vida silvestre en
el Departamento de Pesca y vida silvestre de California.
RESULTADOS
La sequía hidrológica, por ser de mayor plazo
puede alcanzar y permanecer sin apreciarse
por varios años,
Se caracteriza básicamente por una baja
sensible en los escurrimientos de los ríos, y una
reducción de volúmenes en presas y acuíferos
REFLEXIONES FINALES
AGUA SUBTERRÁNEA: “la más efectiva respuesta
unitaria contra la sequía”
Inconvenientes de su uso prolongado y progresivo:
Abatimiento de los niveles
Deterioro de la calidad
Aumento en costos operativos, y de mantenimiento
Mínima recuperación a corto-mediano plazo
Regreso a tiempos de humedad (Gestión socio-política)
REFLEXIONES FINALES
CONCLUSIONES
El SPI muestra como en años previos (1989-1996), el régimen de la cuenca fue capaz de brindar
los servicios ecohidrológicos necesarios, la fauna silvestre estuvo en auge, principalmente la que
depende de la rivera, como castores y pato silvestre, así como los anfibios y reptiles.
En México esos mismos años se encuentran dentro del periodo de largo plazo de la sequía
hidrológica extrema. La sequía de la primera década de los años 2000 es compartida (MEX-USA)
Y se aprecia ciclicidad en los volúmenes de escurrimiento dentro de los 50 años de análisis.
Es decir la sequía es un fenómeno recurrente en la región, pero en México puede recuperarse a
corto plazo.
El Sistema Estandarizado de Precipitación (SPI) útil para definir periodos de sequía, variando
de incipiente a excepcional, este último, el grado máximo de severidad del SPI en los años
1996, 2002 y 2011 (coincidió con el año de menor bombeo ribereño).
Lo anterior indica la necesidad de controlar las relaciones de recarga-descarga a nivel cuenca.
Wahi y otros, 2008, estimaron que el 65% ± 25% de la recarga se produce en los bordes de las
montañas americanas durante el invierno y 35% ± 25% se produce durante el verano. Y que
más del 90% de la precipitación que no escurre, se pierde principalmente como componente
de evapotranspiración.
El bombeo en el lado mexicano para 2003 era de 22.35 hm3, y se dejó crecer apenas en 2016
con 24.3 hm3 incremento mínimo en 13 años. Confirmó que la relación de causa directa con la
pérdida del flujo base y los servicios ribereños, es la ciclicidad climática de largo plazo de la
sequía no el bombeo de flujo regional.
La agricultura de riego por bombeo y próxima al cauce del río en ambos lados, durante esta
sequía sometió a tensión hidráulica al sistema ribereño, profundizando y acentuando el descenso
de niveles freáticos. No así el sistema regional de flujo que se sustenta en diferentes tiempos de
recarga y largos periodos de tránsito que se mantuvo en equilibrio.
CONCLUSIONES