Este documento presenta los resultados de un estudio sobre los impactos del cambio climático en las cuencas montañosas del Mar de Aral en Asia Central. Se utilizó un modelo hidrológico-criosférico para simular los recursos hídricos actuales y futuros bajo escenarios climáticos. Los resultados muestran una reducción futura de la cobertura glaciar y cambios estacionales en los caudales, con un aumento transitorio actual y una disminución paulatina. Se analizaron estrategias de adaptación para hacer frente a

1. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
IMPACTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO EN GRANDES CUENCAS
MONTAÑOSAS (Cuenca del Mar de Aral, Asia Central)
Simulación Hidrológica y Estrategias de Adaptación
© Ismael Alonso
Sergio Contreras, Johannes Hunink
FutureWater Spain
Arthur Lutz, Peter Droogers, Water Immerzeel
FutureWater Netherlands

2. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Contexto regional - Localización

3. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Fue el 4º lago más grande del mundo – Oasis de agricultura y Pesquerías
1950s – 1960s . URSS Estructuras hidráulicas – campos de algodón
Sobreexplotación – Salinización secundaria, contaminación de aguas,
tormentas de polvo, desertificación
1964
1985
2000

4. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Historia del Mar de Aral
1960: 4º lago más grande del mundo
(68.000 km2, 1.100 km3)
- Sup. irrigada: 4.5 Mhas; Vol. riego: 60
km3/año
- Expansión agrícola de regadío (cereal,
melón, arroz y algodón)
- Canales y diques de regulación en ríos
Amu Darya y Syr Darya
1980:
- Sup. irrigada: 7 Mha; Vol. Riego: 120
km3/año
2010: 10% de la sup. original
Sobreexplotación – Salinización secundaria,
contaminación de aguas, pérdida de
ecosist. deltaicos y pesquerías, tormentas
de polvo, impactos sobre clima regional,
desertificación
Amu Darya
Syr Darya

5. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Contexto regional - Localización

6. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Octubre 2013
Mar de Aral
Desierto de
Kara kum
Desierto de
Kyzyl Kum
Desierto de
Taklamakán (China)
Cordillera de
Pamir
oasis de riego
Syr Darya
Amu Darya
precipitación
deshielo
+
+
-
-
-
-
Elementos del paisaje

7. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Conflictos por el agua (ríos transfronterizos)
Octubre 2013
USOS
Agricultura (85 - 97%)
Energía
Urbanismo (63 Mhab,
*2 para 2100)
5 PAISES
Kazakhstan (Ds)
Kyrgyzstan (Us)
Tajikistan (Us)
Turkmenistan (Ds)
Uzbekistan (Ds)
Generación Energía vs Mercado Agrícola (algodón) vs
Seguridad Alimentaria (trigo)

8. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
DEPENDENCIA DE LA CUENCA DE RECURSOS PROCEDENTES DEL DESHIELO
Extraído de Kaser et al., PNAS, 2010
Acumulación de hielo
Ablación (fusión)
Contribución escorrentía total
ZONA NIVO-GLACIAL RESTO CUENCA
Contribución mensual de la escorrentía directa
Contribución mensual de la escorrentía por deshielo
Índice PIX: MMP * Población (importancia social del deshielo)
MMP = % contribución máxima del
deshielo a la escorrentía total
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
% Rdeshielo/P

9. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
DESAPARICIÓN DEL MAR DE ARAL
- El mayor desastre natural inducido por la actividad humana
- Mala planificación y gestión de los recursos hídricos. El agua ppal
recurso limitante
¿ Se puede revertir ?
¿ Cómo afectará el cambio climático ?
Introducción Metodología Resultados Conclusiones

10. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Estrategias de adaptación
Supeditada a:
1) Evaluación de los recursos disponibles
- Origen
- Cantidad y calidad
- Dinámica estacional
2) Matriz de alternativas
- Garantía (medidas sobre oferta)
- Ahorro (medidas sobre demanda)
- Asignación (competencia) entre usos
Introducción Metodología Resultados Conclusiones

11. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Evidencias
1. Aumento de temperatura
2. Reducción de superficie y
volumen glaciar y balances de
masa negativos (ablación >
acumulación)
Extraído de Unger-Shayesteh et al., Global & Planetary Change, en prensa
↑ Tmin
+ aumento
durante invierno-
primavera en
montañas
+ aumento
durante verano
en valles
T media anual
↑ 0.18 – 0.42 ºC/década

12. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Balance de masa acumulado en glaciares
Duración periodo de nieve y espesor
Aizen et al., Journal of Climate, 1997
Unger-Shayesteh et al., Global & Planetary Change, en prensa
Altitudes > 2000 m  ↓ 8-14 cm
Altitudes < 2000 m  ↓ 6-19 cm
Introducción Metodología Resultados Conclusiones

13. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Evidencias
Cambios en la descarga anual
Syr Darya
+ 78 m3/s.año
Amu Darya
+ 29 m3/s.año
Khan & Holko, Journal of Marine Systems, 2009
Introducción Metodología Resultados Conclusiones

14. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Objetivos
1. Evaluar el efecto del cambio climático sobre la
disponibilidad total de recursos hídricos en la cuenca
del Mar de Aral y los patrones de oferta-demanda
2. Estudiar una matriz de estrategias de adaptación
para hacer frente a los efectos del cambio climático.
Resumen de trabajos de simulación hidrológica y
evaluación económica de alternativas

15. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
PREVISIONES A FUTURO debidas al aumento de temperaturas
● PÉRDIDA DE MASA GLACIAR – DETRACCIÓN DE RESERVAS ESTRATÉGICAS DE AGUA
● AUMENTO TRANSITORIO DE CAUDALES (PRESENTE) // ¿EFECTOS PERVERSOS SOBRE DEMANDAS?
● CAMBIOS EN LA DINÁMICA ESTACIONAL DE CAUDALES (ALTERACIONES HIDROGRAMA)
● REDUCCIÓN PAULATINA DE CAUDALES
● AUMENTO DE DEMANDAS EVAPOTRANSPIRACIÓN AGRICULTURA
● AUMENTO DE COMPETENCIA POR RECURSOS
● AUMENTO ESCASEZ HÍDRICA Y CONFLICTOS TRANSFRONTERIZOS

16. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Área de estudio
Amu Darya
Syr Darya
DOMINIO S DE MODELIZACIÓN
- Domino de cabecera
Modelo hidrológico espacialmente distribuido
- Domino de piedemontes y oasis regados
Modelo evaluación oferta-demanda y asignación de
recursos

17. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Modelo Digital de Elevaciones
SRTM (90 m)
Temperatura
Media Anual
Precipitación Media Anual

18. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
http://www.weap21.org/
http://pcraster.geo.uu.nl/
Introducción Metodología Resultados Conclusiones

19. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones
Modelo criosférico-hidrológico (PCRaster)
Simula los principales flujos hidrológicos y procesos criogénicos en el balance de agua de
cuencas montañosas
ESCORRENTÍA TOTAL
Escorrentía directa (“agua de lluvia” – flujo rápido)
Escorrentía de base (“subterránea” – flujo lento)
Escorrentía nival (“fusión nieve”)
Escorrentía de deshielo o glaciar (“fusión hielo”)
¿Cuál es la contribución relativa de cada componente?

20. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Estructura general
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones

21. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución actual de la masa glaciar
Condiciones iniciales: Base de datos proyecto GLIMS
Glaciar “limpio” Glaciar “sucio” (debris glacier, till)
% Cobertura glaciar (GLIMS)
% Cobertura glaciar “sucio” (GLIMS)
Cobertura = f(altitud, pendiente)
3100 – 5500 m // < 13:
Amu Darya: 0.16 Mkm2
Syr Darya: 0.02 Mkm2
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones

22. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Procesos de fusión y escorrentía por deshielo
Factor térmico diario
Relación empírica entre T y
deshielo
n
t
n
t
tTDDFM
1 1
M = Vol. agua de deshielo/fusión
T+ = temperatura > 0:
DDF = degree-day factor
deshielo nieve
DDFclean = 7.95 mm / :C
DDFdebris = 3.98 mm/ :C
DDFsnow = 6.36 mm/ :C
potencialreal
Tcrit = 2 :C
precipitación
0.9
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones

23. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Escorrentía directa
Coeficiente de
escorrentía directa
Información tabulada
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones

24. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Escorrentía de base
Curva de recesión exponencial
)1(0
bfk
bf eRQQ
Kbf = coeficiente de recesión – determina el retardo en la generación de escorrentía
Tránsito y redistribución de flujos
A partir de un mapa direcional de flujos obtenidos a partir del DEM
Q0 = caudal de base inicial (parametro)
R = recarga (fracción no escurrida superficialmente)
Calibración del modelo
Ajuste de 12 parámetros a partir de hidrogramas observados en 3 estaciones.
Calibración mediante PEST. Periodo 2001 - 2010
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones

25. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Simulación escenarios futuros
Proyecciones climáticas estimadas para un escenario A1B
por 5 Modelos Generales de Circulación
Escenario A1B
Escenario estándar, con nivel de emisión de GEIs intermedio y
adopción rápida de tecnología más eficiente. Globalización socio-
cultural y reducción de diferencias econ. entre regiones. Desarrollo
equilibrado de fuentes de energía
EXTENSIÓN DE SUPERFICIE GLACIAR EN ESCENARIOS FUTUROS
Modelo de dinámica y evolución de superficie glaciar = f(clima, tamaño de glaciar) [20 tamaños]
Curva regional de agotamiento de superficie glaciar
Umbral de elevación para distribución de superficie glaciar
Introducción Metodología - Balance Resultados Conclusiones

26. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Contribución escorrentía glaciarContribución escorrentía nival
Contribución escorrentía directa
Periodo calibración
2001 - 2010
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

27. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Amu Darya Syr Darya
Escorrentía glaciar
Escorrentía nival
Escorrentía directa (precip.)
Escorrentía de base
Situación actual (periodo calibración: 2001 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

28. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Ensamble promediado de 5 MGCs (cobertura glaciar)
Reducción 46 – 56%
(respecto periodo 2001 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

29. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía total (2020 – 2030)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

30. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía total (2040 – 2050)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
TENDENCIA GRAL. A LA REDUCCIÓN DE APORTES HÍDRICOS
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

31. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía glaciar (2020 – 2030)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

32. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía glaciar (2040 – 2050)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

33. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía nival (2020 – 2030)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

34. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía nival (2040 – 2050)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

35. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía directa (2040 – 2050)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Promedio 5 GCMs1: conversión nieve x lluvia; 2: 4/5 MCGs proyectan ↑ Pp
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

36. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía nival (2020 – 2030)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Modelo MIROC
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

37. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Distribución espacial de cambios en escorrentía nival (2020 – 2030)
(en mm/año respecto periodo 2000 – 2010)
Modelo CCSM3Elevada incertidumbre en las proyecciones de precipitación
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

38. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
↓ 150 m3/s
↓ 300 m3/s
Vulnerabilidad
Amu Darya >> Syr Darya
Reducción de
caudales
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

39. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Aumento Q 
 Disminución Q
2001-2010 vs 2021-2030 2001-2010 vs 2041-2050
Cuenca alta de Amu Darya
Cuenca piedemonte de Amu Darya
hielo
nieve
Disminución Q 
 Cambio estacionalidad
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

40. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Descenso pronunciados en verano
(deshielo)
Mayores tasas de descenso en Syr Darya
Mayor la reducción del volumen de agua
en Amu Darya
Cambio a régimen nivo-pluvial
Estacionalidad de las descargas
Introducción Metodología Resultados - Balance Conclusiones

41. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología - WEAP Resultados Conclusiones
WEAP: Herramienta para gestión integrada del agua

42. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología - WEAP Resultados Conclusiones
WEAP simula para cada unidad de gestión:
- Oferta/Demanda de agua
- Escorrentía/Infiltración (modelo de FAO)
- Requerimientos hídricos de los cultivos
- Evapotranspiración real
- Flujos
- Cambios en almacenamiento de agua
Modelo WEAP-ARAL: Resolución temporal mensual

43. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología - WEAP Resultados Conclusiones
Arquitectura conexión-nodo
DIAGRAMA TOPOLÓGICO PARA LA REGIÓN DE ESTUDIO
cuenca
Sitio de demanda

44. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología - WEAP Resultados Conclusiones
Demandas urbanas
España: 62.5 m3/año =
171 l/día
Solo un 10% es consumo
efectivo!!!  20 l/día

45. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología - WEAP Resultados Conclusiones
Demanda potencial de riego = Kc * ETP
Kc = Coef. de cultivo
ETP = Evapotranspiración Potencial
ETP = Comp. Radiativa + Comp. Advectiva
Comp. Radiativa = f(temperatura, radiación)
Demandas agrícolas

46. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Demanda total (AGR + DOM) [satisfecha y no satisfecha]
Descargas totales al mar de Aral
Introducción Metodología Resultados - WEAP Conclusiones

47. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
ESTRATEGIAS DE ADAPTACIÓN
Matriz de opciones
1) Medidas para AUMENTO OFERTA
2) Medidas OPTIMIZACIÓN DEL USO y AUMENTO PRODUCTIVIDAD
3) Medidas para REDUCCIÓN DEMANDA
(embalses, mejora prácticas agrícolas, reutilización del agua, reducción superficie
regada, riego deficitario, disminución pérdidas en redes domésticas)
DEMANDA AGRÍCOLA NO SATISFECHA (PREVISIÓN 2050): 43 KM3
Introducción Metodología Resultados - WEAP Conclusiones

48. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
APROXIMACIÓN COSTE-BENEFICIO
Curva Marginal del coste-efectivo
Incluye los Costes Directos de Ejecución
NO Incluye los Costes Indirectos (e.j. incentivos para implantación de medidas)
Coste Total para Satisfacer
100% Demanda: 1.790
M$/año
~ 1/3 corresponde al
esfuerzo marginal para
hacer frente al cambio
climático
Sin cambio
climático
Con cambio
climático
Introducción Metodología Resultados - WEAP Conclusiones

49. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Conclusiones
La toma de decisiones y las estrategias de adaptación DEBEN adoptarse tomando como
base los procesos que tienen lugar a nivel de la cuenca hidrológica (UNIDAD DE CUENCA)
Todas las cuencas tienen zonas de aportación de agua (montañas) y zonas de demanda
(valles). No se puede gestionar estas zonas de manera independiente.
Los MODELOS HIDROLÓGICOS permiten evaluar el BALANCE DE AGUA (cómo se distribuye
el agua entre los diferentes compartimentos del paisaje), y proyectar los cambios de
precipitación y temperatura en términos de demandas de agua.
Los modelos hidrológicos pueden acoplarse a MODELOS DE GESTIÓN. El acoplamiento es
especialmente útil en sistemas transfronterizos con gran heterogeneidad de paisajes
(cadenas montañosas, valles, lagos internos, oasis de riego)
La Cuenca del Mar de Aral es un caso paradigmático de Sistema Complejo donde confluyen
multitud de procesos físico-naturales e intereses geoestratégicos. Estos sistemas son muy
vulnerables a los efectos del cambio global (clima + usos de suelo) y a tensiones políticas.

50. Curso de Verano UPCT
Cambio Climático e HidrologíaCambio Climático e Hidrología en Asia Central
s.contreras@futurewater.es
Glaciar de Lenin, Asia Central