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Proyecto PEER: Impactos del cambio climático en la dinámica hidrológica de lagos y ciénagas de Colombia
¿EN DÓNDE SE ENCUENTRA LA LAGUNA DE LA COCHA?
La laguna de La Cocha se encuentra en el departamento de Nariño, en el sur de Colombia. Por su extensión es
el segundo cuerpo natural de agua del territorio colombiano, después del Lago de Tota, con un espejo de
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agua de 45 km (ver figura 1).
Figura 1. Localización Laguna de La Cocha
¿POR QUÉ ES IMPORTANTE LA COCHA?
La Cocha hace parte del grupo de humedales protegidos por la convención Ramsar, por ser un santuario de
aves migratorias. En la cuenca del lago se desarrollan actividades turísticas y agrícolas controladas y
piscicultura. El pueblo de El Encano está localizado dentro de la cuenca y constituye el principal aporte de
nutrientes al lago. Por su condición protegida, la Cocha representa un caso de referencia para entender los
efectos de la variabilidad climática en un entorno de baja intervención antrópica y para comparar su
evolución con otros lagos alto-andinos como el Lago de Tota.
¿QUÉ PROBLEMAS AMBIENTALES SE PRESENTAN EN LA COCHA?
Aunque La Cocha se encuentra en una situación relativamente favorable para su sostenibilidad ambiental, en
los últimos años se ha incrementado la preocupación por su futuro debido a los posibles efectos del cambio
climático en la alteración de sus ecosistemas y de los niveles de la laguna.
¿CUÁL ES EL OBJETIVO DEL PROYECTO PEER EN LA COCHA?
Teniendo en cuenta la importancia ambiental y económica que representa La Cocha para el país y la creciente
preocupación por el futuro de este recurso, el proyecto PEER busca modelar la hidrología de la laguna para
entender y dar a conocer los impactos que generan los factores climáticos a escala global y las actividades
económicas y sociales sobre la laguna, para distintos escenarios de cambio climático en las próximas décadas.
¿QUÉ FACTORES CONSIDERA EL MODELO?
En la elaboración del modelo se tuvieron en cuenta aspectos como: balance hidrológico, calibración y ajuste,
proyecciones climáticas, análisis de índices climáticos globales y su relación con la precipitación y los niveles
de la laguna, la distribución mensual de la precipitación y varios escenarios climáticos.
¿QUÉ ES UN BALANCE HIDROLÓGICO?
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Modelando el futuro de La Cocha
Un balance hidrológico es el cálculo de las entradas y salidas de agua en un sector de una cuenca a lo largo
del tiempo. Es el equilibrio entre los recursos hídricos que entran al sistema y los que salen del mismo. Para
una cuenca hidrográfica las entradas pueden ser las precipitaciones y trasvases de agua desde otras cuencas
que se convierten en caudales y las salidas pueden ser evapotranspiración de plantas, evaporación en las
superficies liquidas, derivaciones para riego o consumo doméstico e industrial y la salida natural de la cuenca
hacia un río. A continuación se presenta una descripción gráfica de las entradas y salidas de agua en la cuenca
de La Cocha (ver figura 2).
Figura 2. Balance hídrico en la Laguna de La Cocha
¿CÓMO SE CALCULÓ EL BALANCE HIDROLÓGICO EN LA COCHA?
Para el cálculo del balance hidrológico se tuvieron en cuenta como datos de entrada: la precipitación sobre la
cuenca en distintas zonas (ver figura 3) y como datos de salida, la evapotranspiración de la vegetación en
cada zona, la evaporación de la superficie del cuerpo de agua y la salida hacia el río Guamués. La calibración
del modelo se realizó con base en los niveles históricos registrados en La Cocha desde 1982, y con base en los
caudales de salida registrados en el río Guamués.
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Figura 3. Mapa de usos del suelo de La Cocha (elaborado con base en múltiples fuentes)
El modelo que calcula el balance hidrológico se considera como semi-distribuido ya que se realiza el balance
por cada una de las cinco zonas de la cuenca. Para encontrar la precipitación y evaporación en cada zona, se
obtuvo información de las estaciones hidroclimatólogicas del IDEAM ubicadas en la cuenca. Los valores de
cada variable se ponderaron de acuerdo con la ubicación de las estaciones utilizando polígonos de Thiessen e
IDW. Para realizar el balance se utilizó el método denominado modelo de tanques.
El modelo de tanques es una técnica que se utiliza para simular el comportamiento del agua en una cuenca.
Se asume que el agua se distribuye en dos tanques o sistemas de almacenamiento conectados entre sí (ver
figura 4). En cada intervalo de tiempo una parte de la precipitación se convierte en escorrentía directa, otra
se evapora y otra se infiltra temporalmente en el subsuelo (que se caracteriza por los “tanques”) y emerge
eventualmente como flujo subsuperficial. En función del volumen almacenado en cada uno de ellos se
determina la contribución mensual por escorrentía y por flujo subsuperficial a la laguna.
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Modelando el futuro de La Cocha
Figura 4. Modelo de tanques utilizado en el balance hídrico de La Cocha.
El modelo de tanques se aplicó a cada zona para determinar los caudales mensuales de entrada al sistema.
Luego de calcular los caudales de entrada se realizó un balance en el espejo de agua, considerando
igualmente la precipitación y la evaporación sobre el lago. La salida hacia el río Guamués se calculó comom un
vertedero de excesos. Teniendo en cuenta el balance por zonas y en el espejo de agua, se realizó el balance
de agua total en la cuenca del Laguna de La Cocha.
¿CÓMO SON LA PRECIPITACIÓN, LA TEMPERATURA Y LA EVAPORACIÓN EN LA CUENCA DE LA COCHA?
La cuenca de la laguna de La Cocha presenta una temporada de lluvias altas entre los meses de abril y junio, y
meses de menores precipitaciones el resto del año, aunque en general la lluvia varía considerablemente en
cada mes (ver la figura 5).
Figura 5. Precipitación mensual multianual en la cuenca de La Cocha.
La temperatura por su parte presenta un período de mínimos entre julio y septiembre con máximos en
febrero y noviembre. La variabilidad de la temperatura en cada mes del año es relativamente baja (ver la
figura 6).
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Figura 6. Temperatura mensual multianual en la cuenca de La Cocha.
La evaporación sigue un patrón ligeramente coincidente con el de la temperatura, con valores mínimos entre
junio y agosto y una variabilidad alta en cada mes (ver la figura 7).
Figura 7. Evaporación mensual multianual en la cuenca de La Cocha.
Los niveles de La Cocha tienen un comportamiento de pulso, con valores mínimos en febrero y marzo y
máximos entre julio y agosto (ver la figura 8).
Figura 8. Niveles mensuales multianuales en La Cocha.
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¿CÓMO SE COMPRUEBA EL FUNCIONAMIENTO DEL MODELO?
El funcionamiento del modelo se comprueba mediante su calibración y ajuste (comparación de datos
históricos con datos simulados para el mismo periodo). El procedimiento se describe a continuación. Luego
de realizar el balance considerando entradas y salidas naturales (precipitación, evaporación,
evapotranspiración) en cada subcuenca, se determinaron los niveles de La Cocha en el periodo histórico y se
compararon con los registros de nivel medio mensual existentes. Los coeficientes de escorrentía e infiltración
se calibraron en cada subcuenca.
Figura 9. Comparación niveles reales y simulados.
Los caudales de la salida sur oriental sobre el río Guamués están muy relacionados con los niveles de La
Cocha, indicando un comportamiento de vertedero de excesos. Estos caudales se calcularon en el modelo y
sirvieron para hacer la calibración complementaria con los datos históricos de caudal en el río.
Figura 10. Caudales de salida históricos y calculados.
¿CÓMO SE DETERMINAN LOS VALORES FUTUROS DE LAS VARIABLES CLIMÁTICAS?
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Para realizar las proyecciones se elaboraron escenarios climáticos, es decir eventos posibles de temperatura y
precipitación. Los escenarios se presentan en la figura 11.
Figura 11. Escenarios climáticos.
Las proyecciones de precipitación fueron tres (figura 12): constante (manteniendo las condiciones históricas),
con un aumento del 10% (aumento sobre la media) y con una disminución del 10% (disminución sobre la
media).
Figura 12. Proyecciones de Precipitación sobre La Cocha.
Las proyecciones de temperatura igualmente fueron dos (figura 13): constante y con aumento de 2°C en la
temperatura media en 30 años. En cuanto a la humedad relativa, sólo se utilizó una proyección bajo
condiciones constantes. Las proyecciones de evapotranspiración dependieron del cálculo de la humedad y de
las dos proyecciones de temperatura.
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Modelando el futuro de La Cocha
Figura 13. Proyecciones de temperatura sobre La Cocha
Las variables hidrológicas se proyectan utilizando modelos estocásticos autorregresivos y de promedio móvil
conocidos como ARMA. La precipitación, la humedad relativa y la temperatura se proyectaron mediante
relaciones con variables estadísticas como la media y la desviación estándar, las cuales se modificaron a partir
de las tendencias asumidas en los escenarios. La evapotranspiración se proyectó utilizando los métodos de
Blaney–Criddle y Romanenko que están basados en la temperatura y en la humedad. Se generaron cien series
de cada variable y se seleccionaron los valores correspondientes al intervalo de confianza del 95%. La
envolvente de las series se muestra en gris y la serie seleccionada se resalta en cada caso.
¿EXISTE INCERTIDUMBRE EN LAS PROYECCIONES CLIMÁTICAS?
Los escenarios que se plantean son posibles ocurrencias de situaciones que pueden ser muy variables.
Teniendo en cuenta esta incertidumbre, se realizó una envolvente de proyecciones, es decir, se consideraron
100 proyecciones posibles (ver figuras 9 y 10) y se eligió uno de los percentiles, 95 para los escenarios más
altos y 5 para los más bajos. Es claro que hay gran variabilidad en las proyecciones climáticas, sin embargo la
importancia del modelo radica en observar el comportamiento de la laguna bajo posibles escenarios para
encontrar la influencia que tienen los componentes antrópicos y climáticos sobre la cantidad y calidad del
recurso.
¿CÓMO SE UTILIZA EL MODELO?
El modelo desarrollado por el proyecto PEER es una herramienta útil para todos los actores sociales
presentes en la cuenca que estén interesados en conocer la evolución de los niveles y caudales de La Cocha.
El modelo cuenta con una interfaz de usuario (figura 14) la cual está compuesta por un panel de simulación
para escoger el año, el escenario climático a trabajar, y un botón de cálculo que permite comenzar la
simulación desde los años históricos.
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Figura 14. Interfaz del Usuario.
Adicionalmente se presenta un gráfico de las zonas en las que se dividió la cuenca para la realización del
modelo. La gráfica de los niveles mensuales se encuentra en la parte superior derecha para que los usuarios
puedan mirar cómo evoluciona el nivel del lago ante cada escenario. Finalmente en la sección inferior
izquierda se presenta una sección transversal del lago que permite observar la variación de nivel cada año y
los promedios históricos y anuales de estos niveles, además se presenta un gráfico circular que representa el
área del lago, a medida que el modelo corre el área varía. El modelo también sirve para alimentarlo con datos
reales y poder determinar las condiciones de los niveles en un mes determinado utilizando pronósticos de la
precipitación y la evaporación.
¿EL FENOMENO DEL NIÑO INFLUYE EN LAS VARIABLES CLIMÁTICAS DE LA COCHA?
Existen diferentes fenómenos globales que pueden estar relacionados con variables climáticas locales. El
proyecto PEER estudió la relación existente entre variables físicas y climáticas en La Cocha con algunos
precursores climáticos globales (PDO, SOI, AMO). A continuación se presentan una serie de gráficos donde se
relacionan los niveles, precipitación y temperatura mensual de La Cocha con el índice SOI (Southern
Oscillation Index) (ver figura 15). Los valores que se grafican corresponden a promedios de ventana móvil de
12 meses tanto para el índice como para las series.
Se encontró que las variables hidrológicas en La Cocha están relacionadas con el índice SOI, especialmente en
el caso de la precipitación y de los niveles, aunque la temperatura también muestra una correlación
significativa con el inverso del SOI. La correlación indica que la precipitación responde claramente a la
influencia de los ciclos de variación de temperatura en el Océano Pacífico, disminuyendo cuando el índice es
bajo (años Niño) y aumentando cuando el índice es alto (años Niña). De esta manera, las oscilaciones de
temperatura en el Océano Pacífico pueden ser un indicativo claro del régimen de precipitación en La Cocha.
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Figura 15. Indice SOI vs variables hidrológicas en La Cocha.
¿QUÉ PASARÁ CON LA COCHA EN UN FUTURO CERCANO?
Luego de hacer diversas corridas del modelo bajo los diferentes escenarios climáticos planteados, se observa
que los niveles de la laguna descenderían en el escenario crítico de mayor temperatura y menor precipitación
en cerca de 20 cm promedio al final del periodo considerado (figura 16).
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Figura 16. Niveles de La Cocha: escenario crítico (aumento de 2 C y 10% menos de precipitación).
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Como resultado de ese descenso de niveles, los caudales de vertimiento sobre el río Guamués también
disminuirían (figura 17).
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Figura 17. Caudales del río Guamués (aumento de 2 C y 10% menos de precipitación).
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