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Ríos Amazónicos: ¿Fuente de agua para Bogotá?

Proyecto de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB) con la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito.

Evaluación de la disminución de la superficie Amazónica y sus afectaciones sobre el páramo y el sistema Chingaza de abastecimiento de agua para la ciudad de Bogotá

¡Descubra todo lo que este proyecto ofrece! Aquí encontrará información sobre la disminución de la superficie de la Amazonía y sus efectos sobre el páramo y el sistema Chingaza de abastecimiento de agua para la ciudad de Bogotá.

También podrá encontrar recursos útiles, como informes, preguntas frecuentes, gráficos e información de contacto. No se pierdas esta oportunidad de aprender cómo la disminución de la superficie de la Amazonía está afectando al páramo y al sistema Chingaza de abastecimiento de agua para la ciudad de Bogotá.

Visite el portal del proyecto para obtener más información y conocer los avances de nuestro trabajo.

Este proyecto se está desarrollando bajo el contrato de consultoría 2-02-26200 suscrito entre la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito y la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá que inició el pasado febrero de 2023.

Contexto

La selva amazónica, a menudo referida como los "pulmones de la Tierra", actúa como una potencia en el sistema climático global, desempeñando un papel crucial como sumidero de carbono, generador de oxígeno y motor de los patrones de lluvia regionales. Sin embargo, las actividades humanas han arrojado una sombra sobre este vital ecosistema, ya que la deforestación desenfrenada amenaza su integridad ecológica y perturba la dinámica climática regional.

Los efectos de estos cambios se extienden mucho más allá de la cuenca del Amazonas, llegando a áreas como la región de Chingaza en los Andes colombianos. Esta región es esencial para Bogotá, ya que sirve como fuente crucial de agua para la extensa ciudad. Durante los últimos 56 años, expertos de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá han observado que los patrones de lluvia en el páramo de Chingaza son diferentes a los de la zona del altiplano cundiboyacense de Colombia. Esta aparente anomalía en la estacionalidad planteó preguntas sobre la fuente de esta agua de lluvia y cuánto podría atribuirse a patrones atmosféricos globales.

Ante la creciente alarma sobre el impacto de la deforestación en la Amazonía y la importancia de entender las fuentes de humedad que sustentan la región de Chingaza, la EAAB ha emitido una convocatoria para abordar estas cuestiones de manera integral. Este proyecto va más allá de la mera identificación de las fuentes atmosféricas que contribuyen al abastecimiento hídrico de Chingaza; también se adentra en la dinámica intrincada que vincula el Amazonas con el ciclo hidrológico del área en estudio.

Como respuesta a esta iniciativa, el proyecto “Estudio de la evaluación de la disminución de la superficie amazónica y sus afectaciones sobre las precipitaciones en el sistema Chingaza de abastecimiento de agua para la ciudad de Bogotá”" ha arrojado una serie de conclusiones significativas. La investigación fue concebida para evaluar cómo la deforestación en la Amazonía influye en la disponibilidad y calidad de los recursos hídricos en la región de Chingaza, y por ende, en el suministro de agua de la ciudad de Bogotá.

A medida que se avanzó en la investigación, se hizo énfasis en descifrar las complejidades del transporte atmosférico de agua desde el Amazonas hasta la región andina, intentando comprender cómo la deforestación puede afectar esta crucial interconexión hidrológica. Con esta finalidad, se han establecido los siguientes objetivos para la fase de investigación.

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La investigación fue concebida para evaluar cómo la deforestación en la Amazonía influye en la disponibilidad y calidad de los recursos hídricos en la región de Chingaza, y por ende, en el suministro de agua de la ciudad de Bogotá. A medida que se avanzó en la investigación, se hizo énfasis en descifrar las complejidades del transporte atmosférico de agua desde el Amazonas hasta la Región Andina, intentando comprender cómo la deforestación puede afectar esta crucial interconexión hidrológica.

Con esta finalidad, se han establecido los siguientes objetivos para la fase de investigación.

OBJETIVOS

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  • Hidrología de la Cuenca Amazónica: identificar las características generales de hidrología y regionalización de la Cuenca del Amazonas.
  • Análisis de deforestación, cambio de coberturas de suelo y eventos extremos de sequía: con el objetivo de determinar las características de la deforestación.
  • Análisis atmosférico: identificar los flujos de vientos y su transporte de vapor de agua. Creación de un modelo conceptual de transporte usando datos de modelos globales. Determinar volúmenes de transportes y trayectorias que llegan a la región de Chingaza.
  • Estudio del Sistema Chingaza: estudiar la región de Chingaza y determinar las relaciones entre las contribuciones y la hidrología local.

Componentes del proyecto

1. Hidrología de la Cuenca Amazónica

En el presente estudio se realizó un análisis hidrológico de la cuenca Amazónica a partir de datos globales obtenidos de la plataforma ECMWF – ERA5 Single Levels, evaluando la variabilidad estacional de parámetros hidroclimatológicos en diferentes regiones de la cuenca. La ejecución del proyecto, para este componente, se puede resumir en tres etapas:

En la primera etapa, con el fin de sentar las bases del marco metodológico del proyecto, se hizo una revisión bibliográfica general de los estudios que han abordado la hidroclimatología del Amazonas, haciendo énfasis en investigaciones que hayan realizado balances hidrológicos a partir de datos de sensores remotos. Adicionalmente, se hizo una descripción de los conjuntos de datos y variables hidroclimatológicas disponibles a nivel global y local, en donde se hizo énfasis en los datos de la plataforma ECMWF – ERA5, siendo la principal fuente de datos utilizada del proyecto.

En la segunda etapa, a partir de los datos de ERA5, se realizó una caracterización espacio-temporal de precipitaciones, evapotranspiraciones, escorrentías y temperaturas para toda la cuenca Amazónica, identificando patrones estacionales, distribuciones y análisis de tendencias para cada una de las variables. La cuenca fue desagregada en 8 subcuencas, que representan los principales afluentes del Río Amazonas. Así mismo, se elaboró un modelo hidrológico distribuido para toda la cuenca Amazónica y se calibró con datos medidos en tierra con información de la ANA, como parte del proceso de validación de ERA5.

Finalmente, en la tercera etapa, se consolidaron los datos del proyecto en una plataforma SIG con el propósito de crear una interfaz que facilite la visualización de datos y los resultados finales. En esta etapa también se realizó la difusión del proyecto a través de presentaciones, participación en espacios de divulgación científica y elaboración de futuras publicaciones.

2. Análisis de deforestación, cambio de coberturas del suelo y eventos extremos de sequía

La Cuenca del Amazonas es una de las regiones más importantes del mundo en términos de biodiversidad. Sin embargo, la deforestación ha sido una de las mayores amenazas para la región ya que implica cambios significativos en la vegetación que juega un papel fundamental en el ciclo hidrológico.

Cuando se talan grandes extensiones de bosque, se reduce la capacidad de la vegetación para retener y liberar agua, lo que puede generar graves consecuencias para la región, incluyendo sequías e inundaciones. Además, los efectos pueden extenderse más allá del área que abarca la cuenca del Amazonas afectando otros ecosistemas.

En este contexto, el estudio de cómo el cambio de coberturas de suelo y la deforestación impactan el ciclo hidrológico de la región cobra gran importancia para desarrollar estrategias de conservación y manejo de los recursos naturales.

Para llevar a cabo esta investigación se utilizaron técnicas de percepción remota; éstas permiten generar una representación detallada de la evolución de la cobertura vegetal en la cuenca amazónica a lo largo de un período que abarca aproximadamente dos décadas a partir del año 2001. Se han identificado con precisión las subregiones que han experimentado los mayores impactos de la deforestación, y adicionalmente, se ha calculado de manera meticulosa la extensión de la pérdida de vegetación. Asimismo, la investigación ha profundizado en el análisis de los efectos que han tenido lugar en diversas subregiones dentro de las amplias cuencas del Amazonas y la Orinoquía, permitiendo así una comprensión más holística y contextualizada de los cambios que han tenido lugar en estos dos ecosistemas.

3. Análisis atmosférico

El estudio del balance hídrico atmosférico, que abarca el análisis de las fuentes de humedad atmosférica, es fundamental para comprender los procesos hidrológicos y climáticos que afectan a nuestro planeta. La humedad atmosférica se origina principalmente de la evaporación de cuerpos de agua como océanos, lagos y ríos, así como de la transpiración de las plantas. La interacción entre la atmósfera y la superficie terrestre establece patrones climáticos y meteorológicos que influyen en la disponibilidad de agua en diversas regiones y ecosistemas (Trenberth, 1999; Bubakker, 1999).

Comprender la humedad atmosférica es crucial para la regulación hídrica, el manejo y distribución del agua en el ambiente, para satisfacer las necesidades de los ecosistemas y las poblaciones humanas. Una comprensión detallada de estas fuentes es esencial para predecir cambios en los ciclos hidrológicos y, en consecuencia, para el manejo sostenible de los recursos hídricos (Held & Soden, 2006; Bubakker, 1999). Especialmente en el contexto actual del cambio climático, los estudios del balance hídrico atmosférico adquieren una importancia elevada. Las fluctuaciones en la temperatura global tienen el potencial de alterar la distribución y disponibilidad de la humedad atmosférica, con implicaciones significativas en la precipitación y otros eventos climáticos extremos (IPCC, 2014; Bubakker, 1999).

La región amazónica, un pilar para la biodiversidad global, juega un papel crucial tanto en la regulación climática regional como global. Contribuye significativamente al transporte de humedad atmosférica en América del Sur. Investigaciones, como las de Ruiz-Vásquez et al., 2020, han estudiado la circulación atmosférica desde la Amazonía y cómo su deforestación podría debilitar o intensificar los patrones de flujo trans-ecuatorial. No puede subestimarse el impacto de la deforestación sobre los sistemas de circulación global (Ruiz-Vásquez et al., 2020).

Además, Wongchuig et al., 2022, señalan que los suelos extensamente forestados son claves para prevenir cambios en la partición subregional del agua y la energía. Destacan tres cambios proyectados principales en el transporte de humedad atmosférica: 1) reducciones en las contribuciones de la precipitación a las principales fuentes de humedad atmosférica; 2) reducción general de la precipitación; y 3) disminución de la precipitación reciclada en la región.

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4. Estudio del Sistema Chingaza

La región de Chingaza en Colombia es de vital importancia para la ciudad de Bogotá, ya que provee gran parte del suministro de agua para la capital y sus municipios aledaños. La conservación y gestión adecuada de los recursos hídricos en esta región es esencial para garantizar el bienestar y la sostenibilidad de cerca de 10 millones de personas, un poco más del 20 % de la población colombiana. Sin embargo, factores externos como la deforestación en el Amazonas y el comportamiento hidroclimatológico de otras regiones pueden tener repercusiones significativas en el ciclo hidrológico y el clima de Chingaza, poniendo en riesgo su capacidad para seguir abasteciendo de agua a la región.

Comprender las contribuciones atmosféricas en el ciclo hidrológico de las cuencas que son fuente de suministro de agua para la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá es fundamental para la planificación y gestión adecuadas de los recursos hídricos en la ciudad. Una mejor comprensión de estos procesos ayudará a formalizar y mejorar el conocimiento de los procesos hidrológicos en la región, evitando ideas erróneas sobre la generación y distribución del agua.

Conclusiones y recomendaciones

Este estudio resalta la importancia crítica de las fuentes de humedad atmosférica en la región de Chingaza. Estudios de balances y trayectorias se realizaron para determinar cantidades y orígenes. Se estudiaron flujos netos mensuales en más de 20 años de datos de modelos de reanálisis. Los resultados del análisis de balance permitieron determinar el reciclaje atmosférico que explica la dependencia de la precipitación local de la región Chingaza con fuentes externas. Los resultados revelan que la precipitación promedio anual en esta área muestra una dependencia del 93% en la humedad atmosférica transportada desde regiones adyacentes, mientras que el 7% restante se atribuye al reciclaje local de humedad a través de la evapotranspiración. Entiéndase reciclaje como la cantidad de agua que evapora y vuelve a llover en la misma región, por ende, evapotranspiración que contribuyó a la concentración de las nubes. También hay que resaltar que Chingaza genera un valor proporcional importante de humedad que por fenómenos de transporte termina en otras cuencas.

Para determinar estas fuentes de humedad, se realizaron análisis de seguimiento de trayectorias de vientos y masas hasta de 10 días con intervalos de 6 horas durante un período de 20 años. Se utilizaron algoritmos avanzados de aprendizaje automático para el análisis de conglomerados (Clusters), categorizando efectivamente los orígenes de los flujos de transporte de humedad. Es notable que estas dinámicas de transporte muestran variaciones mínimas anuales lo cual corresponde con las fluctuaciones de patrones atmosféricos esperados, incluyendo las desviaciones esperadas por el fenómeno del Niño y la Niña. En conclusión, los orígenes de humedad a lo largo del año se pueden agrupar en 3. El primer grupo de orígenes encontrado fue el Amazonas, con un 23,7%, principalmente entre junio y agosto. El segundo grupo, con un 25,2% del tiempo recibiendo la humedad desde la región de la Orinoquía, predominantemente de enero a abril. El grupo final, corresponde a los periodos restantes y se caracterizó por patrones de transporte erráticos provenientes de diversas regiones, aunque en proporciones más pequeñas.

Se pudo constatar que en el período comprendido entre 2001 y 2020, a través del análisis de datos recopilados por sensores de percepción remota, la cuenca del Amazonas experimentó una tasa de deforestación aproximada del 4.3%. No obstante, se observó paralelamente un proceso de reforestación que permitió la recuperación del 1.72% de su cubierta vegetal. En resumen, el Amazonas sufrió una pérdida neta de alrededor del 2.6%, de la cual el 1.84% corresponde a la deforestación de bosques.

Cabe destacar que las áreas más afectadas se concentran principalmente en la región sur de la cuenca del Amazonas, en las subcuencas Xingú, Tapajos y Madeira, ubicadas en los territorios de Brasil y Bolivia. En estas zonas, las actividades humanas, como la agricultura y la ganadería, representan los principales factores que contribuyen a la pérdida de superficie boscosa. Por otro lado, en la región de la Orinoquia y la Amazonia de Venezuela, la minería ilegal se erige como el factor predominante en la deforestación.

El coeficiente de correlación observado entre el grado de deforestación y el porcentaje correspondiente de área afectada por sequías se sitúa en 0.24, indicando una relación directamente proporcional. Esto implica que, conforme aumenta la deforestación en la cuenca del Amazonas tiende a aumentar también la extensión del área afectada por sequías en la región. No obstante, es crucial destacar que este coeficiente de correlación presenta un valor relativamente bajo, lo que sugiere que la deforestación no es el único ni el factor predominante que influye en la aparición de sequías en dicha área. Otros elementos, como las dinámicas atmosféricas regionales, probablemente jueguen un papel significativo en la manifestación de eventos de sequía.

Se puede afirmar que, los desafíos de la deforestación en la cuenca del Amazonas, son varios, y complejos debido a las dinámicas de transporte de vapor de agua que generan las lluvias. La transformación de la cobertura vegetal ya sea de bosque a hierba o cultivos, afecta principalmente y a corto plazo la hidrología superficial y en una escala menor a la hidrología o transporte de agua en la atmosfera. Por ende, las afectaciones de la deforestación en la atmosfera se verán reflejadas en periodos de tiempo más extensos y principalmente en las cuencas vecinas, denotando que esto produce efectos del tipo cascada. Esto se explica que la hierba o cultivos, aunque en una menor escala, también contribuye a la evapotranspiración y al contenido de humedad en la atmósfera.

La variabilidad climática y los fenómenos de El Niño y La Niña tienen una influencia directa limitada en la región de Chingaza, ya que el flujo crítico de viento de este a oeste difiere del flujo de oeste a este asociado con estos fenómenos. Sin embargo, el área del "piedemonte llanero" exhibe un fenómeno único donde los vientos a diferentes elevaciones se integran y transportan vapor de agua sobre los Andes, actuando como una recolección ascendente de agua importante que requiere más estudio.

En conclusión, la sostenibilidad de la región Chingaza muestra que depende en alto grado de los patrones de vientos y transporte de humedad de vapor de agua, estos valores encontrados son coherentes con las mediciones mensuales de precipitación y vientos.

INVESTIGADORES

  • Germán Ricardo Santos Granados - Julio Garavito

    Germán Ricardo Santos Granados

    Escuela Colombiana de Ingeniería (Docentes)

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  • Germán Eduardo Acero Riveros - Julio Garavito

    Germán Eduardo Acero Riveros

    Escuela Colombiana de Ingeniería (Docentes)

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  • Carlos Tami Riveros

    Carlos Alfredo Tami Riveros

    Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito

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    Juan Manuel Gacharná González

    Escuela Colombiana de Ingeniería (Docentes)

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  • William Ricardo Aguilar Piña - Julio Garavito

    William Ricardo Aguilar Piña

    Escuela Colombiana de Ingeniería (Docentes)

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  • Gerald Augusto Corzo Pérez

    Gerald Augusto Corzo Pérez

    IHE Delft Institute for Water Education

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  • Eliana Torres Peralta

    Eliana Torres Peralta

    IHE Delft Institute for Water Education

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  • Omesh Persaud

    Omesh Persaud

    IHE Delft Institute for Water Education

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  • Brenda Sandoval

    Brenda Alejandra Sandoval Carrillo

    Estudiante de la Especialización en Recursos Hidráulicos de la Escuela Colombiana de Ingeniería

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    Karel Aldrin Sánchez Hernández

    Graduado de la Maestría en Ingeniería Civil de la Escuela Colombiana de Ingeniería

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  • Guillermo Hernández

    Guillermo Hernández Torres

    Estudiante del Doctorado en Ingeniería de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito

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  • Fabio-Rubiano

    Fabio Rubiano Sánchez

    Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá EAAB (Supervisores)

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    Gustavo Herrán Sandoval

    Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá EAAB (Supervisores)

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  • Rabindranarth Romero

    Rabindranarth Romero

    Universidad de Veracruz

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  • Francisco Muñoz

    Francisco Muñoz

    Universidad de Nebraska

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  • Gonzalo Espinoza

    Gonzalo Espinoza

    ESRI

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  • Vinicius Siqueira

    Vinicius Siqueira

    Universidad Federal Do Rio Grande Do Sul

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  • José Gilberto Dalfré

    José Gilberto Dalfré

    UNICAMP

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Germán Ricardo Santos Granados

Germán Ricardo Santos Granados - Julio Garavito

Director de Posgrados
Co Director de la Competencia Conéctate con el Río Magdalena
Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito

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Germán Eduardo Acero Riveros

Germán Eduardo Acero Riveros - Julio Garavito

Germán Eduardo Acero Riveros

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Carlos Alfredo Tami Riveros

Carlos Tami Riveros

Ingeniero Civil, magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Recursos Hidráulicos y Medioambiente. Experiencia en consultoría en proyectos de hidrología, infraestructura hidráulica y saneamiento básico. Experiencia en investigación científica en el área de la Hidroinformática, con énfasis en Optimización de Embalses, Machine Learning models.

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Juan Manuel Gacharná González

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Juan Manuel Gacharná González

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William Ricardo Aguilar Piña

William Ricardo Aguilar Piña - Julio Garavito

Ingeniero con experiencia en el manejo de Sistemas de Información Geográfica aplicados a los recursos hidráulicos y medio ambiente. Ha sido consultor en el sector público y en el sector privado. Ha trabajado en proyectos de investigación aplicada relacionados con la transformación de cuencas y en proyectos relacionados con estudios hidrológicos.

Beca parcial en los estudios de pregrado Universidad Antonio Nariño. Beca Fundación Carolina, Gobierno de España. Universidad Politécnica de Cataluña.

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Gerald Augusto Corzo Pérez

Gerald Augusto Corzo Pérez

Coordinador del laboratorio de Hidroinformática y del programa internacional de maestría (IMHI - ECI)
Co Director de la Competencia Conéctate con el Río Magdalena
IHE Delft Institute For Water Education

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Eliana Torres Peralta

Eliana Torres Peralta

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Omesh Persaud

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Brenda Alejandra Sandoval Carrillo

Brenda Sandoval

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Guillermo Hernández Torres

Guillermo Hernández

Estudiante doctoral de la Escuela Colombiana de Ingeniería. Su área de investigación es la adaptación de modelos hidrológicos y la estimación de la incertidumbre en la predicción de caudales medios en cuencas no instrumentadas. Ha sido docente de la Universidad Nacional de Colombia, Corporación Universitaria Minuto de Dios, Universidad Católica de Colombia y actualmente está vinculado como profesor de cátedra del programa de Ingeniería Geográfica y Ambiental de la U.D.C.A. Como consultor, ha participado en proyectos interdisciplinarios para el IDEAM, la Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH), la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá EAAB y diversas firmas de Ingeniería. En el proyecto participa como apoyo a la gestión administrativa y en adaptar su trabajo doctoral para el análisis de la hidrología local del sector Chingaza con el fin de estudiar el efecto de las variaciones en los regímenes pluviométricos sobre la generación de escorrentía en la zona de influencia de la EAAB.

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Fabio Rubiano Sánchez

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