Una metodología para el manejo integral de extremos hídricos en una cuenca rural en zona de llanura

Abstract

Las regiones de llanuras son escenarios frágiles ante extremos hídricos que generan conflictos sociales, políticos y económicos. Extensas áreas son afectadas por estos extremos: en el caso de los excesos hídricos, la incapacidad del relieve para evacuar volúmenes importantes de agua y el aumento de los niveles freáticos producen anegamientos, mientras que en sequía la disminución del recurso hídrico en cuanto a calidad y cantidad, genera una mayor vulnerabilidad en la región. Para cuantificar los procesos de extremos hídricos en la Pampa Deprimida se implementó el modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT, 2009) en la cuenca del arroyo Santa Catalina (área de 138 km2). Este modelo matemático semidistribuido continuo permitió modelar el flujo subterráneo y la escorrentía superficial con el fin de analizar los impactos del uso del suelo. Por medio del cálculo de precipitación efectiva realizado con el programa SWAT, se analiza la propagación de un evento de inundación en la cuenca a través del acoplamiento con el modelo SSHH I (Riccardi, 2000; Rentería y Stenta, 2003), basado en esquemas de celdas, el cual analiza el escurrimiento superficial multidireccional en zonas de llanura, ya que en estas áreas se genera un movimiento errático del agua, donde se mueven grandes volúmenes de agua con una mayor área de expansión cubriendo toda la sección y generando una conexión de zonas bajas. Para la simulación de la escorrentía superficial con el SSHH I se utilizaron dos eventos de lluvia, el evento del 19/08/2002 para la calibración del modelo y el evento del 17/05/2012 para la validación. A través de estos dos modelos se analizan escenarios hipotéticos de cambio de uso del suelo, prácticas de manejo de cultivo e implementación de obras hidráulicas a fin de regular los extremos hídricos en la cuenca. Los resultados permiten llegar a una reducción del escurrimiento superficial en un 28% y un aumento de la humedad del suelo en 9%, mientras que en los eventos de lluvia se reduce el impacto de la crecida en un 21%. Con estas propuestas hipotéticas se disminuye el impacto de las inundaciones y se aumenta la disponibilidad de agua en el suelo en los periodos de sequía. De este análisis se desprenden recomendaciones para modelar procesos hidrológicos en zonas de llanura, donde se reconoce que para obtener una adecuada simulación del escurrimiento superficial y subsuperficial dependerá en gran parte del grado de ajuste del modelo de elevación digital a la realidad, que pueden producir distorsiones locales por las vías de comunicación y en los bajos, y no permiten una adecuada definición de la dirección y cantidad del escurrimiento.

Plain landscapes are usually exposed to extreme hydrological events that generate social, political and economic conflicts. Large areas are affected by these extremes. In the case of water excesses, flat relief makes difficult to drain surface water away giving rise to waterlogging and groundwater table rising. Conversely, droughts affect production due to the lack of surface and ground water. To quantify extreme hydrologic processes in the Depressed Pampa, the SWAT model was evaluated at the Santa Catalina creek watershed (138 km2). This mathematical, continuous and semi-distributed model allowed modeling groundwater flow and surface runoff, in order to analyze the impact of land use changes. SWAT was used to simulate a 10-year period (2003-2012), with extremes of flood and drought, considering a warming-up period of 3 years (2003-2005). A statistical evaluation showed that SWAT was able to predict daily flows, with a Nash Suftclife Efficiency (NSE) of 0.66 for the calibration period (2006-2007) and 0.74 at validation period (2011-2012). Based on the effective precipitation computed by SWAT flow routing of a flooding event was analyzed by coupling with the SSHH I model (Riccardi 2000; Renteria and Stenta, 2003). This model allows analyzing multi-directional runoff over flat lands, using a cell-scheme. Multidirectional runoff analysis is relevant in these landscapes where significant water volumes spread out on the surface connecting depressions and hollows . To simulate surface runoff with SSHH I two rain events were used: the event of 02/08/2002 for model calibration and the event of 17/05/2012 were used for validation. According to the results, the most critical areas for flooding in the basin were the lower section due to Route 3, which forms a barrier that interrupts water flow,; sourrounding areas to the floodplain along the stream due to overflows, and water storage in some depressions located at the northern of the basin. Using both models, potential scenarios of land use change, crop management practices and hidraulic structures in order to control water excesses in the basin, were analyzed. If these scenarios were implemented, annual surface runoff might be reduced by 28% and available soil water content might increase 9%, on average. In addition, the flood risk caused by rainfall events would be reduced on a 21%, leading to an increasing water availability in the soil during dry periods. Results showed that modeling hydrological processes of surface and subsurface runoff is largely depending on the correction of the digital elevation model, in flat plains. Local distortions may impact on the flow pattern giving rise to an incorrect definition of the flow direction and runoff volume.