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Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Balance Hídrico:

La investigación que detalla la disponibilidad de agua en Chile

Desde 2016, investigadores de la U. de Chile lideran la realización del Balance Hídrico, investigación que otorga detalles de la situación y el futuro de las cuencas del país. Sus primeros resultados, que abarcan la zona norte y centro del territorio, señalan que la disponibilidad en la mayoría de ellas ha disminuido.

Raimund Andree, Pixabay

Petorca, comuna de la Región de Valparaíso, se ha convertido en uno de los símbolos de la escasez hídrica que ha afectado al país en los últimos años. Su población está viviendo desde 2016 con 50 litros de agua al día por habitante, abastecidos a través de camiones aljibe, porque la disponibilidad en el río Petorca no alcanza para cubrir las necesidades de la población y la industria.

En los últimos 30 años, el caudal medio anual, en condiciones de régimen natural, habría sido 4,1 m3/s en la estación río Petorca en Longotoma, de acuerdo al Balance Hídrico realizado por investigadores de diversas disciplinas de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y de la Universidad Católica, para la Dirección General de Aguas (DGA). Pero debido a la demanda de usuarios de agua, cambios en el uso de suelo y variaciones climáticas, el flujo del río Petorca se encuentra en una situación crítica, registrándose en promedio en el periodo 2001-2018 tan solo 1,3 m3/s en contraste a los 2,6 m3/s promedio que se registraron en dicha estación para el periodo 1985-2015.

El trabajo que permitió estimar el caudal de la cuenca -y las del resto de la zona norte y centro del territorio- comenzó en 2016, con un cambio en la metodología con la que se había analizado anteriormente la situación de los caudales por una más completa, que si bien hace más compleja la comparación con el balance anterior (de 1987), permite realizar proyecciones para los próximos años, considerando los escenarios de cambio climático. Esto debería permitir aplicar mejores políticas públicas frente a la escasez hídrica.

“Una de las cosas importantes de esto es que debería utilizarse este tipo de información para efectos de los diseños de obras futuras. En este minuto se están proyectando embalses pensando en que se acumule agua, pero no se debería analizar con los datos pasados, sino con la serie futura”, sostiene Ximena Vargas, hidróloga, académica del Departamento de Ingeniería Civil de la FCFM y quien lideró el estudio.

Miguel Lagos, hidrólogo, profesor del Departamento de Ingeniería Civil y del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC) de la FCFM, quien coordina la investigación, asegura que el nuevo balance es un gran salto tecnológico. “En términos climáticos, el caudal puede explicarse por la diferencia entre lo que precipita y lo que se evapotranspira. Antes se resolvía para cada cuenca esa ecuación, con el valor promedio del periodo 1950-1980. La dificultad en esa época radicaba en que las observaciones de precipitaciones, al igual que hoy día, están concentradas en la parte baja de Chile, en zonas donde hay población, entonces el proceso de extrapolación a zonas sin información se realizaba mediante el trazado de isolíneas, un trabajo especializado basado en la relación entre la elevación del terreno y variables climáticas de precipitación y temperatura, que no cualquiera sabía hacerlo, y que era un proceso iterativo hasta que se explicaba cuál era el caudal que escurría por los ríos”, explica.

El nuevo método utiliza más fuentes de información. Además de las estaciones de precipitación y temperatura (1.232 desde la Región de Arica y Parinacota hasta la del Maule), se incorporaron simulaciones meteorológicas (reanálisis atmosféricos) que incorporan la física de todo lo que ocurre en la atmósfera, en el océano y en la tierra. “Fue un desafío determinar los parámetros atmosféricos sobre todo el territorio. Para eso se desarrollaron productos distribuidos para la precipitación y temperatura en base a distintas fuentes de información. Por un lado, está la red de mediciones, por otro, información de reanálisis meteorológico, que nos dan una estimación de la precipitación y otros parámetros a mayor escala”, indica Juan Pablo Boisier, climatólogo, investigador del Centro de Ciencia del Clima y la Resiliencia (CR)2.

Con esas variables se podría haber usado la misma metodología del 87, “pero queríamos contribuir de manera distinta y así se procedió a la modelación hidrológica”, señala Lagos. El problema en este tipo de modelación es que, aproximadamente, sólo el 21% de las cuencas que tienen mediciones de caudales a nivel nacional está en régimen natural, es decir, que no tiene extracciones, ni trasvases a otras cuencas aguas arriba de la estación. La mayoría de estas cuencas se concentra en la parte sur y austral de país. En la parte norte, por el contrario, hay un gran vacío de información debido a que no se justifica tener una estación fluviométrica en el desierto.

“El desafío que viene después de que tienes un modelo hidrológico calibrado en las cuencas en régimen natural, con índices de eficiencia adecuados, es cómo transferimos lo aprendido en estas cuencas a otras intervenidas o que no tienen registro fluviométrico. Es un problema que en ciencias hidrológicas se llama estimación de caudales en cuencas no controladas o, en otras palabras, cómo llevamos lo que aprendimos en esta pequeña muestra, al resto del territorio. Este problema no está resuelto puesto que cada cuenca es única”, explica Lagos.

Por ello, el equipo utilizó los últimos avances de la literatura científica a nivel internacional para abordarlo. “Probamos distintas metodologías, calibramos cuáles eran los errores de nuestras estimaciones muchas veces, usando el supercomputador Leftraru (del Laboratorio Nacional de Computación de Alto Rendimiento del Centro de Modelamiento Matemático), y ahí tenemos un gran salto, porque antes se resolvía una única ecuación para un promedio histórico el balance entre caudal, precipitación y evotranspiración; mientras que ahora tenemos un modelo que tiene base física que resuelve la misma ecuación, junto a un balance de energía a un paso temporal, de cada 3 horas desde 1979 al 2016”, agrega.

No todo es cambio climático

Aunque es difícil realizar una comparación directa con las cifras registradas para 1987 (debido al cambio en la metodología), según la investigación, en las últimas tres décadas, los caudales de las cuencas del Aconcagua, Maipo, Rapel, Mataquito y Maule han disminuido entre 13% y 37%. Más al norte, la variación es aún más difícil de constatar, debido a que el balance anterior no disponía de toda la información para hacerlo.

En casi todas las cuencas se registra una disminución en la precipitación (entre 4% y 64%), sin embargo, eso no explica todo el cambio en las cuencas. “Si uno analiza lo que está pasando desde el año 1985 al 2015, se va sintiendo poco a poco el efecto que tiene la disminución de las precipitaciones, pero hay otros factores, como el uso del suelo, que no hemos analizado”, dice Ximena Vargas.

“Sabemos que en términos de precipitaciones, por ejemplo, lo que vemos un año en particular, diez años o incluso tendencias de 40 años, es solo en parte cambio climático. Eso es súper crítico en regiones que están en un límite en que la demanda se acerca mucho a la oferta, principalmente en las regiones de transición del árido a las zonas templadas (La Ligua, Petorca, Aconcagua). Ahí entran otros factores en juego, aparte del cambio climático, y de la componente natural de la precipitación también está el tema de que la industria agrícola se ha expandido mucho y tiene un consumo de agua muy grande, y todavía nos faltan estudios que cuantifiquen bien todos estos problemas”, dice Boisier.

“Como los derechos de agua -por la legislación actual- son heredables y no son expropiables hasta ahora, la demanda es un número fijo, que puede crecer, pero la oferta natural no depende de la ley, sino de lo que precipite y de cuánto poder evaporante tiene la atmósfera. Entonces, si tu oferta pasa de 100 a 50, eso significa que tienes la mitad de agua para repartir entre las mismas personas; y hay usuarios que siguen yendo a la DGA a pedir derechos. Si tenemos una demanda creciente de agua y una proyección natural hacia una menor disponibilidad, el impacto será muy severo”, sostiene Lagos.

Un futuro más seco

En casi la totalidad de las cuencas más importantes de la macrozona estudiada está disminuyendo el caudal de los ríos, tendencia que, se proyecta, continuará en el futuro. “Se utilizó una serie de información proveniente de modelos climáticos que también se regionalizaron. Lo que muestran esas simulaciones es un poco lo mismo que muestra el diagnóstico que tenemos mirando directamente en los modelos globales: en términos de precipitación, hay una tendencia a la baja hacia la zona centro-sur del país”, señala Boisier.

Se utilizaron cuatro modelos climáticos globales, uno de los que proyectó que las precipitaciones podrían aumentar en algunas zonas. Los otros tres coinciden en que, a nivel general, las precipitaciones anuales disminuyen y las temperaturas aumentan, lo que significa que la escorrentía disminuye y el periodo de máximo caudal pueden cambiar.

“Si analizamos los caudales medios mensuales que ocurrían en la época de deshielo, se desfasan un poco hacia el invierno, principalmente por el efecto que tienen las precipitaciones en zonas más altas: ya no cae nieve, sino que precipitación líquida por efecto del aumento de temperatura. Entonces tenemos mayor volumen de agua que escurre en época de lluvia y eso genera que, aunque no cambie la precipitación, tengamos menos acumulación de nieve y menos volumen para el periodo de deshielo”, explica Vargas.

El modelo que entrega el cambio más severo es CSIRO, que proyecta cuencas con casi 50% menos de agua para el periodo 2030-2060. “Eso es bastante. Modelos más optimistas arrojan en torno al 20% de disminución”, enfatiza Lagos.

¿Qué ocurre bajo el suelo?

aguas subterráneas

El estado de las aguas subterráneas fue uno de los desafíos más complejos del balance hídrico, principalmente porque la información es escasa. “La red de monitoreo de aguas subterráneas no está específicamente diseñada para ello, esto dificulta un poco la aplicación o el uso de esta información para poder estimar efectivamente el porcentaje de agua que pasa a los acuíferos”, indica Linda Daniele, hidrogeóloga, académica del Departamento de Geología de la FCFM e investigadora del Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA).

Por ello, se utilizaron datos de superficie y a partir de los caudales de los ríos se realizó el análisis (hidrograma) usando dos metodologías, para estimar cuánta de la lluvia caída de una cuenca pasa al agua subterránea. Lo que tiene incertidumbre. “Lo que hay en profundidad no necesariamente tiene que reflejar lo que vemos en superficie y, de hecho, nos hemos encontrado con algunas peculiaridades que justamente reflejan esta complejidad del territorio chileno. Ha habido varias dificultades. Con estas dos metodologías, calculando de manera indirecta, se evidencian valores que son bastante diferentes, pero en el fondo, lo que sí se pone en evidencia es que las aguas subterráneas pueden tener un rol clave en el ciclo hídrico del país”, indica la investigadora.

En casi todas las cuencas hay una parte del agua que se infiltra y llega a los acuíferos. En el sur, los datos entregan una mayor participación de las aguas subterráneas al balance de lo que se esperaba. “Como llueve mucho, los ríos tienen mucho caudal y el uso que se da del agua subterránea es escaso, es decir se tienen menos datos de agua subterránea, aunque con el cambio climático esta situación va cambiando rápidamente. Respecto del balance anterior, obtenemos valores un poco más altos de recarga, es decir, que potencialmente deberíamos disponer de más agua subterránea, principalmente en la zona centro-sur. El norte siempre es más complicado”, señala.

Pero esta es solo una fotografía del momento y está en constante cambio. Cuando hay menos agua superficial, se comienza a perforar más profundo, la cantidad de agua extraída es mayor y no siempre sustentable, ya que no se evalúa el tiempo que necesita un acuífero para recargarse. “Se debería conocer cuánta agua entra cada año y esa debería ser el agua que se explote de manera general en la cuenca. Eso en la actualidad es un número que está ahí, difícil de calcular exactamente por limitaciones, no solo de las redes de control, sino de toda la infraestructura y administración del agua a nivel país. La DGA debería fiscalizar y tiene muy poco personal para hacerlo, no puede controlar pozo a pozo qué ocurre”, dice Daniele.

Además, deberían actualizarse los modelos conceptuales de los acuíferos. “Creo que para un uso sustentable de nuestros recursos hídricos es necesario saber dónde ocurre la recarga, cuánto tiempo tarda el agua en llegar al punto donde nosotros la necesitamos y, de alguna manera, entender o incluir en el modelo conceptual toda la parte de roca dura de la Cordillera Principal. Tarea pendiente es mirar cómo participa la cordillera en los aportes subterráneos”, apunta.

Comunicaciones FCFM - UChile

Jueves 27 de agosto de 2020

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