Análisis de la disponibilidad de agua verde a partir del ajuste del cálculo de la evapotranspiración en zonas de vegetación natural

Abstract

Se evaluó la disponibilidad de agua verde (DAV) y el índice de escasez propuesto por Hoekstra et al., (2011), mediante el análisis de diferentes métodos de estimación de la evapotranspiración potencial (ETP) y real (ETR) en Colombia. Se parte de una baja disponibilidad de información, especialmente en zonas cubiertas por vegetación natural. Estas son de gran representatividad en el país y juegan un papel fundamental en los servicios ecosistémicos. Los métodos empleados corresponden a ecuaciones empíricas, para las cuales se usaron datos de precipitación y temperatura (2001-2010), en 296 estaciones hidroclimatológicas del IDEAM; se usaron además los productos de evapotranspiración del reanálisis ERA-Interim/Land y del sensor MODIS. Se realizó una comparación de los métodos de evapotranspiración con el método de Penman-Monteith como control. Los resultados muestran que aunque MODIS sobrestima la ETP, representa muy bien la tendencia de esta variable a escala anual y de país, no siendo así a nivel de área hidrográfica (AH) y para algunos meses. En cuanto a la ETR, ERA-Interim/Land arrojó resultados más significativos, especialmente en las AH Amazonas y Pacífico. De los métodos empíricos evaluados Thornthwaite y Turc Modificado son los que mejor comportamiento presentaron para la ETP y; Coutagne y Budyko para la ETR. Se destacan las diferencias en los resultados bajo las escalas temporales y geográficas evaluadas. Para el cálculo de la DAV se emplearon métodos de ETP y ETR bajo dos escenarios de conservación de la vegetación natural, en el primero se consideran las áreas protegidas actuales, en el segundo se le añaden las áreas en vegetación natural según el mapa de coberturas (IDEAM, 2010b). Este análisis se realizó a escala de subzona hidrográfica (SZH), observando grandes diferencias para los dos escenarios y al considerar la ETR o la ETP en el cálculo de la DAV. Se recomienda realizar este análisis bajo la ETR, la cual arroja resultados más conservadores y establecer claramente los usos del suelo y la zonificación de las áreas protegidas antes de realizar asignaciones del agua verde a usos productivos humanos.

Abstract: In this thesis, the sensitivity of green water availability (DAV) and green water scarcity index (Hoekstra et al., 2011) to different methodologies to calculate Potential (ETP) and actual evapotranspiration (ETR) are evaluated. We do so for the entire country of Colombia, where climatic information is limited, especially in remote areas with natural vegetation cover. However, these areas occupy a vast proportion of the country and play a key role in maintaining ecosystem services. Methods for evapotranspiration estimation include commonly used empirical equations that use precipitation and temperature data. We obtained data from 296 stations for 2001-2010 from IDEAM. In addition, ET products from ERA-Interim/Land and MODIS were obtained. We use Penman-Monteith estimates of ETP as control to assess the suitability of all empirical, MODIS and ERA-Interim/Land estimates for different sub-regions of the country. The results show that although MODIS tends to overestimate ETP, it does reproduce the temporal variation in the annual cycle, and for all the country. However, for smaller areas, such as the hydrological areas, this capacity is lost, particularly for some months. On the other hand, ERA-Interim/Land is significantly associated with ETR, particularly in the Amazon and Pacific regions. For the empirical methods, Thornthwaite and Modified Turc were the equations that showed a better performance in ETP and Coutagne and Budyko in the ETR. Notably, results vary among geographic regions, highlighting the variation in hydro-climatic and geographic features that determine the dynamics of ET. For the DAV calculation, both ETP and ETR estimates were used, considering two vegetation cover scenarios. The first scenario considers that natural vegetation only occurs in currently protected areas, whereas for the second scenario, all areas under natural vegetation (regardless of their protection status) were considered, according to the vegetation cover map (IDEAM, 2010b). This comparison was performed at the hydrologic subzone scale. The results highlight a significantly large sensitivity of DAV to vegetation cover, as well as a high sensitivity to the value of ET (whether ETP or ETR). Based on this analysis, DAV should be calculated considering ETR and currently protected areas, for a more conservative estimate that can lead to better management of green water resources for human uses.