Rutas hidrológicas : recordando a un colega por los senderos de la hidrología

R ECORDANDO A UN COLEGA POR LOS SENDEROS DE LA HIDROLOGÍA R UTAS H IDROLÓGICAS 54 integrada de aguas superficiales y subterráneas como herramienta base. Este artículo reporta la experiencia acumulada durante el desarrollo de los Planes Estratégicos de Cuencas, así como la de los autores, quienes han trabajado en una serie de proyectos relacionados con la modelación integrada de aguas superficiales y subterráneas, tales como el proyecto MAPA (proyecto IDRC 107081-001 desarrollado por CCG-UC) y el proyecto desarrollado por DICTUC-SEI (DGA, 2019a), entre otros. Para este propósito, se recopilaron los antecedentes relacionados con la modelación y estudios hidrológicos e hidrogeológicos desarrollados por instituciones públicas y privadas. Estos antecedentes se analizaron detalladamente, identificándose las metodologías utilizadas para modelar la demanda, especialmente la agrícola, embalses, canales, acuíferos y su interacción con el agua superficial y el suelo. De este análisis se logró definir una estrategia por modelo para lograr acoplar las herramientas WEAP-MODFLOW. Adicionalmente, se identificaron brechas y falencias a ser mejoradas en la integración superficial-subterránea en las cuencas que son parte del estudio. M ODELO WEAP El modelo Water Evaluation And Planning (WEAP) es una herramienta computacional para la planificación de los recursos hídricos, desarrollada en 1988 como iniciativa del Stockholm Environment Institute (SEI) (SEI, 2018). Esta herramienta de planificación busca ser flexible, integral y transparente en la evaluación de la sostenibilidad de los patrones de demanda y suministro de agua, y explorar escenarios alternativos de largo alcance. WEAP apoya la planificación de recursos hídricos realizando el balance de oferta de agua (generada a través de módulos físicos de tipo hidrológico a escala de subcuenca) con la demanda de agua (caracterizada por un sistema de distribución de variabilidad espacial y temporal con diferencias en las prioridades de demanda y oferta) (Centro de Cambio Global-Universidad Catolica de Chile & SEI, 2009). Una serie de artículos describen el modelo WEAP (Purkey et al., 2008; Yates, Purkey, Sieber, Huber-Lee, & Galbraith, 2005; Yates, Sieber, et al., 2005), mientras que su página we b http://www.weap21.org/ r eporta una descripción detallada de sus características, publicaciones asociadas, su integración con otros software y otros recursos. M ODELO MODFLOW MODFLOW es un modelo tridimensional de aguas subterráneas, basado en diferencias o volúmenes finitos, creado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). Este modelo permite estimar la variación espaciotemporal del nivel freático en un acuífero, incorporando extracciones puntuales, drenes y la interacción río-acuífero. Este modelo de base física ha sido ampliamente utilizado para la gestión del recurso subterráneo. Con la integración de aguas superficiales y subterráneas es posible estudiar cómo los cambios en los niveles locales del acuífero afectan el sistema general (e.g., interacciones entre aguas superficiales y subterráneas, problemas de bombeo debido a la extracción, recarga lateral de agua subterránea) y viceversa (e.g., infiltración y extracción). Por lo general, la recarga de un modelo de aguas subterráneas proviene de la aplicación independiente de un modelo hidrológico de superficie no vinculado en forma explícita. Por lo tanto, en la mayoría de los casos no se tienen en cuenta los mecanismos de interacción y retroalimentación entre los sistemas para cada paso de tiempo. Los procesos hidrológicos en cuencas con una importante interacción río-acuífero, o donde hay una fuerte dependencia del recurso subterráneo, deben ser representados mediante una integración dinámica de los modelos hidrológicos superficiales y de aguas subterráneas. Esto es particularmente importante en el modelamiento de áreas donde el nivel freático está por sobre el nivel del lecho del río, lo que implica la potencial extracción de agua subterránea y su reincorporación en el sistema superficial. Existen diversas experiencias internacionales de acople de MODFLOW con modelos superficiales, tales como URBS-MODFLOW (Delliou, Rodriguez, & Andrieu, 2009), MIKE 11-MODFLOW (Graham, D.N., Chmakov, S., Sapozhnikov, A., Gregersen, n.d.), SWAT-MODFLOW (Hadded et al., 2013; Kim, Chung, Won, & Arnold, 2008), SWMM-MODFLOW (Yergeau, 2010). Por otro lado, otros estudios han aplicado un modelo acoplado WEAP-MODFLOW para proponer las mejores estrategias de gestión a escala de subcuenca (Droubi et al., 2008; Hadded et al., 2013; Sanzana et al., 2018). M ODELANDO EL AGUA SUBTERRÁNEA CON ACOPLE A MODFLOW EN WEAP El acople de WEAP con MODFLOW se recomienda para casos donde los métodos disponibles en WEAP, para representar el agua subterránea y sus interacciones, no permiten reproducir la complejidad deseada, o en casos donde hay disponibilidad de información suficiente como para desarrollar un modelo MODFLOW (Sieber, Swartz, & Huber-Lee, 2005). De hecho, los modelos de agua subterránea en MODFLOW y WEAP son muy diferentes. Mientras que un nodo de agua subterránea WEAP se representa como un gran "cubo" sin parámetros para caracterizar los flujos internos, MODFLOW representa el agua subterránea como una red multicapa de celdas independientes, cada una con sus propios parámetros de flujo y ecuaciones que se utilizan para modelar flujos entre celdas y, a través, de los límites del acuífero (SEI, 2016).