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RESPUESTAS DE MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICA AL CAMBIO CLIMÁTICO

RESPUESTAS DE MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICA AL CAMBIO CLIMÁTICO. Ximena Vargas M. Profesor Asociado Depto. Ingeniería Civil Universidad de Chile. AGENDA. CAMBIO CLIMÁTICO ESTUDIOS MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICA ZONA DE ESTUDIO RESULTADOS CONCLUSIONES TRABAJO EN CURSO.

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RESPUESTAS DE MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICA AL CAMBIO CLIMÁTICO

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  1. RESPUESTAS DE MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICA AL CAMBIO CLIMÁTICO Ximena Vargas M. Profesor Asociado Depto. Ingeniería Civil Universidad de Chile

  2. AGENDA • CAMBIO CLIMÁTICO • ESTUDIOS • MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICA • ZONA DE ESTUDIO • RESULTADOS • CONCLUSIONES • TRABAJO EN CURSO

  3. CAMBIO CLIMÁTICO Para el diseño de obras hidráulicas y la gestión del recurso hídrico, resulta fundamental conocer la escorrentía susceptible de ocurrir en una cuenca. Tradicionalmente la información pasada es usada para estos efectos, bajo la hipótesis de un sistema invariante, en el que sus propiedades medias se mantienen. Considerando el cambio climático, esta hipótesis deja de ser válida y es necesario estudiar los efectos que éste provoca sobre cada sistema en particular.

  4. Proporción de Gases de efecto invernadero condicionan temperatura media del Planeta • Desde Revolución Industrial, CO2 ha aumentado en ˜25% (deforestación y uso de combustibles fósiles) • De mantenerse tasas actuales, CO2 aumentaría en 35% en año 2100 • Aumentos de T=0,3°C cada 10 años

  5. De duplicarse el dióxido de carbono, los Modelos de Circulación Atmosférica señalan para Chile un aumento de temperatura media anual de 1 a 3°C durante primera mitad del siglo 21, junto con un aumento de la pluviometría en las zonas australes y una disminución de ésta en la zona central

  6. Distribución mensual de estas variaciones origina variaciones importantes en la disponibilidad de recursos hídricos y cambios significativos en las demandas, especialmente en sistemas de riego. • Durante eventos de tormentas, en cuencas mixtas (pluvio-nivales) las variaciones de temperatura originan modificaciones importantes del área pluvial aportante

  7. PRECIPITACION METODOLOGÍA ESTUDIO 1: MODELO DE SIMULACIÓN A ESCALA HORARIA • DEFINIR MODELO PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA: CUENCA : FLUJO SUPERFICIAL Y EN CAUCE APROX. ONDA CINEMÁTICA PRECIPITACIÓN EFECTIVA: METODOLOGÍA DE MOREL-SEYTOUX (Tiempo de Empapamiento)

  8. DETERMINACIÓN DE ÁREA APORTANTE DURANTE LA TORMENTA: Función de la posición de la línea de nieve: HLN = HO - 550 msnm (Garreaud, 1992) • GENERACIÓN DE 30 SERIES ALEATORIAS DE TEMPERATURAS MEDIAS ANUALES, DE 50 AÑOS DE LONGITUD:

  9. ANÁLISIS DE FRECUENCIAS DE SERIES DE TEMPERATURAS MEDIAS ANUALES OBSERVADA Y GENERADAS • SELECCIONAR TEMPORALES A ESTUDIAR, OBTENER TEMPERATURA MEDIA DEL EVENTO (Ti)Y MEDIA DEL AÑO (T). DETERMINAR LA PROBABILIDAD ASOCIADA A TEMPERATURA MEDIA DEL AÑO. • DETERMINAR LA TEMPERATURA MEDIA ANUAL CON IGUAL PROBABILIDAD EN CADA UNA DE LAS SERIES GENERADAS.

  10. HIPÓTESIS: EN ESCENARIO FUTURO SE MANTIENE RELACIÓN (Ti / T) OBSERVADA EN TORMENTAS. LA PRECIPITACIÓN NO VARÍA. • SE ANALIZAN MAYORES TORMENTAS QUE DEFINEN CURVA DE FRECUENCIAS DE CAUDALES MÁXIMOS EN PERÍODO PLUVIAL.

  11. ZONA DE ESTUDIO Santiago CUENCA DEL ESTERO ARRAYÁN EN LA MONTOSA

  12. TORMENTA Tobs Tgen(+1ºC) Tgen(+2ºC) ºC ºC ºC 13.07.78 10,5 11,2 11,9 23.06.82 11,1 11,9 12,6 15.06.86 12,7 13,7 14,5 10.07.87 10,6 11,3 12,0 AUMENTO DE 1ºC SIGNIFICA, EN PROMEDIO, 7% DE AUMENTO DE Tgen Y ENTRE 13 A 20% DE AUMENTO DEL AREA PLUVIAL APORTANTE. AUMENTO DE 2ºC SIGNIFICA, EN PROMEDIO, 14% DE AUMENTO DE Tgen Y ENTRE 32 A 40% DE AUMENTO DEL AREA PLUVIAL APORTANTE.

  13. TORMENTA Qmáx (obs) Qmáx (+1ºC) Qmáx (+2ºC) (m3/s) (m3/s) (m3/s) 13.07.78 30,0 32,0 36,0 23.06.82 19,8 25,1 30,9 15.06.86 45,9 57,7 66,4 10.07.87 62,9 75,4 82,9 LOS CAUDALES MAXIMOS AUMENTAN HASTA 26% Y 56% CUANDO LAS TEMPERATURAS MEDIAS ANUALES AUMENTAN EN 1 Y 2ºC, RESPECTIVAMENTE.

  14. CONCLUSIONES ESTUDIO 1 • EL MODELO PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA PERMITE SIMULAR LOS CAUDALES MÁXIMOS CON ERRORES INFERIORES A 5%. • SI LAS TEMPERATURAS MEDIAS DURANTE TORMENTAS AUMENTAN EN PROMEDIO EN 7% (LO QUE ESTARÍA ASOCIADO A AUMENTOS DE 1ºC EN LA T MEDIA ANUAL) PUEDEN ESPERARSE AUMENTOS DE CAUDAL MÁXIMO DE HASTA 27% EN LA CUENCA DEL ARRAYÁN.

  15. CUANDO EN PROMEDIO DURANTE LAS TORMENTAS, LAS TEMPERATURAS AUMENTAN EN 13,5%, LOS MÁXIMOS CAUDALES PUEDEN AUMENTAR HASTA 56%. • SI SE CONSIDERAN AUMENTOS DE TEMPERATURAS T+s, SE OBTIENEN AUMENTOS DE CAUDAL MÁXIMO DE HASTA 68%.

  16. ESTUDIO 2: MODELO DE ACUMULACIÓN Y DERRETIMIENTO DE NIEVES, A ESCALA HORARIA

  17. CALOR NETO RECIBIDO POR EL MANTO RADIACIÓN DE ONDA CORTA – LARGA, POR CONVECCIÓN Y POR LA LLUVIA CALOR POR RAD DE ONDA LARGA, CALOR POR EVAPORACIÓN Y/O SUBLIMACIÓN Conducción hacia y desde el suelo

  18. ZONA DE ESTUDIO Santiago CUENCA ANDINA DEL RÍO MAPOCHO

  19. EL BALANCE DE ENERGÍA EFECTUADO A UNA COTA DADA PERMITE REPRODUCIR LA EVOLUCIÓN DEL MANTO EN UN ELEMENTO PERMITE REPRODUCIR LAS CONDICIONES MEDIAS DE LA CUENCA.

  20. FRENTE A VARIACIONES DE TEMPERATURA, SE PRODUCEN VARIACIONES SIGNIFICATIVAS DEL ESPESOR DEL MANTO NIVAL EN UN PUNTO DADO. EL AUMENTO DE TEMPERATURA EN 2ºC PUEDE REDUCIR EN 17% EL ESPESOR MÁXIMO MEDIO DIARIO DEL MANTO MIENTRAS QUE SIMILARES DISMINUCIONES DE ÉSTA SIGNIFICAN SÓLO 7% DE AUMENTO EN EL ESPESOR MÁXIMO.

  21. ESTUDIO 3: MODELO SRM (Snowmelt Runoff Model) PARA SIMULAR CAUDALES MEDIOS DIARIOS EN CUENCAS NIVALES ES UN MODELO GRADO-DÍA SIMPLE QUE REQUIERE COMO ENTRADA LA COBERTURA NIVAL LAS VARIABLES DEL MODELO SE DERIVAN DE DATOS REALES DE TEMPERATURA, PRECIPITACIÓN, Y ÁREA CUBIERTA POR NIEVE. LOS PARÁMETROS DEL MODELO SE PUEDEN OBTENER DE REGISTROS O SER ESTIMADOS POR EL HIDRÓLOGO CONSIDERANDO LAS CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA, LEYES FÍSICAS, Y RELACIONES TEÓRICAS O EMPÍRICAS.

  22. ZONA DE APLICACIÓN: CUENCA ANDINA DEL RÍO MAPOCHO DEFINIDA POR ESTACIÓN MAPOCHO EN LOS ALMENDROS (LATITUD: 33º22`S Y LONGITUD: 70º28´O, ÁREA 651 Km2)

  23. CALIBRACIÓN

  24. EN AÑOS SECOS A PESAR DE LA REDUCCIÓN DE LAS PRECIPITACIONES, EL CAUDAL MEDIO AUMENTA DURANTE EL OTOÑO (15%) E INVIERNO (24%), DEBIDO AL AUMENTO DEL ÁREA PLUVIAL APORTANTE Y SE REDUCE EN PRIMAVERA (-34%) Y VERANO (-10%).

  25. CONCLUSIONES ESTUDIO 3 EN UN AÑO NORMAL LOS CAUDALES MEDIOS DIARIOS AUMENTARÍAN DEL ORDEN DEL 30% EN EL PERÍODO OTOÑO-INVIERNO Y DEL ORDEN DEL 13% EN EL VERANO, MIENTRAS QUE EN PRIMAVERA SE REDUCIRÍAN EN 11%. LOS CAUDALES MEDIOS DIARIOS MÍNIMOS SE MANTENDRÍAN SIN VARIACIÓN EN LOS PERÍODOS DE OTOÑO Y PRIMAVERA Y AUMENTARÍAN EN FORMA IMPORTANTE EN LOS PERÍODOS DE INVIERNO (19%) Y VERANO (39%). CONSISTENTEMENTE, LOS VALORES MÁXIMOS AUMENTARÍAN SIGNIFICATIVAMENTE EN OTOÑO (42%) E INVIERNO (55%) Y SE REDUCIRÍAN EN PRIMAVERA (-14%) Y VERANO (-7%).

  26. ESTUDIO 4: ANALIZAR LOS EFECTOS DE LA VARIABILIDAD CLIMÁTICA EN EL DISEÑO DE LA CAPACIDAD DE EMBALSES DE RIEGO EN CHILE. CUENCA PLUVIAL SERIES DE P Y T SE GENERAN EN FORMA ESTOCÁSTICA. SERIES DE CAUDALES SE OBTIENEN USANDO MODELO DE SIMULACIÓN DE CAUDALES MEDIOS MENSUALES

  27. DEMANDAS MÉTODO DE RADIACIÓN CULTIVOS ET EN ESCENARIO CLIMÁTICO ACTUAL ET EN ESCENARIO CLIMÁTICO FUTURO SERIE SE DEFINE CONSIDERANDO VARIACIÓN MENSUAL LINEAL

  28. IDENTIFICACIÓN MODELOS TIPO ARMA SE GENERAN 10 SERIES DE 30 AÑOS ALTERNATIVAS A LA HISTÓRICA SE GENERAN 10 VARIACIONES CON FDP NORMAL (MEDIA, S=10%MEDIA) 100 SERIES CON EFECTO CLIMÁTICO SERIES ALTERNATIVAS DE TEMPERATURA Y PRECIPITACIÓN

  29. MODELO DE SIMULACIÓN DE CAUDALES MEDIOS MENSUALES

  30. SELECCIÓN DE SERIES P,T ESCENARIOS CLIMÁTICOS FACTIBLES 100 SERIES DE 30 AÑOS SERIES DE CAUDAL VOLUMEN DE REGULACIÓN • MODELO SIMPLE DE EMBALSE • SR = 85%

  31. ZONA DE APLICACIÓN:

  32. ESCENARIOS CLIMÁTICOS FUTUROS (MODELOS DE CIRCULACIÓN GENERAL) LATITUD 33°S, LONGITUD 71°O Promedios Anuales

  33. ESCENARIOS CLIMÁTICOS FUTUROS. PROMEDIOS MENSUALES A 30 AÑOS. EN PERIODO ABRIL-SEPTIEMBRE EL AUMENTO DE TEMPERATURA ES MENOR VARIACIONES DE PRECIPITACIÓN ENTRE -38% Y +30%

  34. SERIES CON EFECTO CAMBIO CLIMÁTICO

  35. SERIES CON EFECTO CAMBIO CLIMÁTICO (TABÓN) P

  36. SERIES CON EFECTO CAMBIO CLIMÁTICO (TABÓN)

  37. SERIES CON EFECTO CAMBIO CLIMÁTICO (TABÓN) Q(m3/s)

  38. 1,462 1,462 0,894 0,015 0,017 0,012 45,3 45,3 32,3 87,1 77,4 87,1 ANÁLISIS EMBALSE TABÓN. ANÁLISIS EMBALSE MINILLAS.

  39. CONCLUSIONES EVAPOTRANSPIRACIONES POTENCIALES • MEDIAS ANUALES  VARIACIONES PORCENTUALES DE 1,6% (MINILLAS) Y 2,3% (TABÓN) • VARIACIONES MENSUALES EXTREMAS • POSITIVAS  JUNIO (4,3% TABÓN) Y JULIO (2,5% MINILLAS) • NEGATIVAS  ENERO (-0,9% TABÓN) Y EN EL MES DE ABRIL (-0,6% MINILLAS)

  40. PRECIPITACIONES • MEDIAS ANUALES  VARIACIONES PORCENTUALES DE -2,4% (TABÓN) Y -1,1% (MINILLAS) • VARIACIONES MENSUALES EXTREMAS • MAYORES AUMENTOS  SEPTIEMBRE EN AMBAS CUENCAS (22,0 % TABÓN; 24,4% MINILLAS) • DÉFICIT MAYORES  AGOSTO EN AMBAS CUENCAS (-12,8% TABÓN; -12,9% MINILLAS)

  41. CAUDALES • MEDIAS ANUALES  VARIACIONES PORCENTUALES DE -37,2% (TABÓN) Y -23,1% (MINILLAS) • VARIACIONES MENSUALES EXTREMAS • MAYORES AUMENTOS  SOLO AUMENTAN EN ABRIL (2,3 % TABÓN; 9,8% MINILLAS) • DÉFICIT MAYORES  OCTUBRE (-54,5 % TABÓN) Y NOVIEMBRE (-34,7% MINILLAS)

  42. LO ANTERIOR DA COMO RESULTADO VOLÚMENES DE REGULACIÓN MENORES Y REDUCCIONES IMPORTANTES DE LAS SUPERFICIES DE RIEGO, LO QUE PODRÍA TENER EFECTOS NEGATIVOS EN LA FACTIBILIDAD DE EJECUCIÓN DE CIERTOS PROYECTOS.

  43. MÉTODO DE DESAGREGACIÓN DE DATOS TRABAJO EN CURSO LOS MÉTODOS DE DESAGREGACIÓN SON USADOS EN ESTUDIOS DE CAMBIO CLIMÁTICO PARA LIGAR LOS RESULTADOS DE LOS MODELOS GENERALES DE CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA (MGCA) CON UN ÁREA SOBRE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA, CUYA ÁREA Y ESCALA TEMPORAL SON MUCHO MENORES A LAS USADAS POR EL MGCA. DE ESTA FORMA ES POSIBLE PROYECTAR LOS CAMBIOS GENERALES A NIVEL LOCAL Y EVALUAR SUS EFECTOS

  44. Dinámica (MRCA) Generación estocástica Generación estadística (regresión) Método utilizado Generación estadística con incorporación de un término estocástico Tipos de Desagregación

  45. Ejemplo: Embalse El Yeso (33,7º lat sur, 70,1º long oeste)

  46. Ejemplo: Embalse El Yeso (33,7º lat sur, 70,1º long oeste)

  47. PRONÓSTICOS Y OBSERVACIONES EN NODO 32,5º LAT SUR Y 71,25º LONG OESTE (GRILLA DE 2,5º (latitud) x 3,75º (longitud) DEL HADLEY CENTRE)

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