Creación de modelos de cantidad y calidad del agua en cuencas de cabecera en países en desarrollo
Nicolás Fernández Acosta
Programa doctoral: Doctorado en Ingeniería
Facultad: Ingeniería
Porcentaje del programa aprobado:
Fundamentación: 36 / 40 créditos = 90%
Investigación: 84 / 68 créditos = 100%
Requisitos del programa:
Créditos de investigación terminados
Inglés para doctorado aprobado
Ética de la investigación aprobada
Examen de suficiencia aprobado
Número de semestres para culminar doctorado:
2 planeados de la siguiente forma:
Se terminarán créditos de fundamentación con un curso de verano en 2021-18
Se presentará examen de propuesta a final de 2021-10
Se realizará pasantía durante 2021-20 y parte de 2022-10
Se sustentará la tesis a finales de 2022-10
Resumen
Aunque Colombia cuenta con una oferta hídrica muy superior al promedio mundial, la contaminación de sus aguas superficiales pone en peligro la salud y ecosistemas de uno de los países más biodiversos del mundo. Exceso de nutrientes, sustancias tóxicas, metales pesados y falta de oxígeno son apenas algunos problemas documentados en ríos colombianos que evidencian esta situación. Revertirla es cada vez más retador puesto que la presión demográfica es sustancial desde grandes alturas, incluso cerca de nacimientos de agua, así como lo son el atraso en la implementación de planes de saneamiento, algunos de hace dos décadas, y limitaciones económicas, de información y de capacidad científica.
Este proyecto busca revertir esta tendencia mediante acciones concretas aplicables a políticas públicas, cuya eficacia sobre recursos hídricos es hoy incierta. Por ejemplo, para mejorar el agua y ambiente de las cuencas de los ríos Bogotá y Suarez se planea invertir unos 200.000 millones de pesos en 10 años. A pesar de que las acciones proyectadas con este dinero son bien intencionadas, y en general positivas para el ambiente, se desconoce su efectividad para alcanzar el escenario deseado por los actores regionales, quienes en general reconocen los problemas mencionados. Por esta razón, planteo desarrollar modelos matemáticos computacionales que permiten estimar el impacto de este tipo de acciones, en un tiempo definido, sobre recursos hídricos de regiones montañosas colombianas.
Los modelos se desarrollan en las cuencas de los ríos Teusacá y Lenguazaque que, con apenas unos 300 km2 cada una, apoyan significativamente el suministro de agua para unos nueve millones de habitantes, y diversos ecosistemas, como cabeceras de los ríos Bogotá y Suarez. Estimar el impacto de decisiones tomadas sobre el agua en estas cuencas, en un tiempo determinado, permite escoger y priorizar las acciones que más influyen en alcanzar escenarios deseados. Así, los modelos permiten direccionar recursos limitados a programas efectivos en solucionar los problemas hídricos regionales. Se trabaja allí porque, no solo en Colombia, se presta poca atención a cuencas de cabecera a pesar de que prestan servicios ecosistémicos importantes y que controlan el transporte de contaminantes y sedimentos a ríos principales, en donde suelen concentrarse los esfuerzos. En este sentido, se busca también cambiar el paradigma de solucionar los problemas hídricos de manera correctiva, aguas abajo, a un esquema preventivo desde la fuente.
Objetivo principal
El objetivo de este proyecto es desarrollar modelos matemáticos computacionales que soporten decisiones relacionadas con recursos hídricos en las cuencas de los ríos Teusacá y Lenguazaque. Estos modelos atienden varios de los principales retos que restringen su implementación en cuencas similares como: i) integración de cantidad y calidad del agua; ii) escasez de información; iii) inclusión de sustancias tóxicas; y iv) estimación de impactos en salud y ecosistemas. Permiten también simular escenarios para tomar decisiones eficaces de política pública, entendidas como un mejor direccionamiento de recursos limitados hacia el conjunto de acciones que más contribuye a alcanzar escenarios deseados en un periodo definido de tiempo. Cabe resaltar que el desarrollo de los modelos en estas dos cuencas es extrapolable a otras regiones montañosas en la cabecera de ríos diferentes de Colombia, países andinos y otras sociedades en desarrollo con alta densidad poblacional a grandes alturas, puesto que las limitaciones para su implementación son similares en estas regiones.
Impacto
El impacto de mejores decisiones en los ríos Teusacá y Lenguazaque, soportadas por este proyecto, recae sobre unos 65000 habitantes, sus actividades económicas y los ecosistemas acuáticos de más de 90 kilómetros de ríos. Dado que estas cuencas están en la cabecera de los ríos Bogotá y Suarez, el impacto se extiende a unos 9 millones de habitantes, su economía, y los ecosistemas rivereños presentes en una longitud de más de 400 kilómetros. Cabe anotar que la influencia puede ser mayor en estos territorios en la medida en que se replique el soporte a decisiones en cuencas montañosas similares, lo cual es posible como se mencionó anteriormente. También es importante resaltar que las mejoras en el agua y ambiente de estas cuencas no ocurren en el corto plazo, pero precisamente estos modelos ayudan a estimar estos tiempos.
En complemento, dado que los ríos Bogotá y Suarez son afluentes importantes de la macro cuenca Magdalena Cauca, los beneficios pueden extenderse a un 25% de la extensión de Colombia continental, unos 273.000 km2, en donde se concentra el 80% de la población y el producto interno bruto del país, así como los ecosistemas de más de 2000 km de la red hídrica nacional. En un horizonte de tiempo mayor, el proyecto puede replicarse en otras regiones y tener un impacto potencial importante, considerando que más de 100 millones de habitantes se concentran en regiones montañosas de Latinoamérica y más de 600 millones en regiones montañosas del mundo en desarrollo.
Cronograma actualizado: finaliza en 2022-2
De acuerdo con lo anterior y el plan doctoral del estudiante, las actividades y cronograma de su último año se resumen en la Tabla 1.
Tabla 1. Descripción de actividades y cronograma del proyecto
Presupuesto
$100.318.898 COP
Referencias
[1] Camacho, L. A. (2020). La paradoja de la disponibilidad de agua de mala calidad en el sector rural colombiano. Revista de Ingeniería, 49(49), 38–51. https://doi.org/10.16924/revinge.49.6
[2] Chapra, S. C. (2019). Advances in River Water Quality Modelling and Management: Where We Come from, Where We Are, and Where We’re Going? En
New Trends in Urban Drainage Modelling (Vol. 2, pp. 295–301). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-99867-1_49
[3] Messerli, B., Viviroli, D., & Weingartner, R. (2004). Mountains of the world: Vulnerable water towers for the 21 st century. Ambio, 33(SPEC. ISS. 13), 29– 34. https://doi.org/10.1007/0044-7447-33.sp13.29
[4] Schwarzenbach, R. P., Egli, T., Hofstetter, T. B., Von Gunten, U., & Wehrli, B. (2010). Global water pollution and human health. Annual Review of Environment and Resources, 35, 109–136. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-100809-125342
[5] Myers, N., Mittermeier, N., Mittermeier, C., da Fonseca, G., & Kent, K. (2000). Biodiversity hotspots for conservation priorities. Nature, 403 (6772), 853 – 858. https://doi.org/10.1038/35002501
[6] MADS (2014). Guía Técnica para la Formulación de los Planes de Ordenación y Manejo de Cuencas Hidrográficas. https://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/cuencas-hidrograficas/GUIA_DE_POMCAS.pdf
[7] MADS (2014). Guía Técnica para la Formulación de Planes de Ordenamiento del Recurso Hídrico. https://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/Plan-de-ordenamiento-del-Recurso-Hidrico/GUIA_TECNICA_PORH.pdf
[8] CAR, & Corpoboyacá. (2017). Plan de ordenación y manejo de la cuenca del río alto Suarez. https://www.car.gov.co/vercontenido/86
[9] CAR (2017). Plan de ordenamiento del recurso hídrico del río alto Suarezl https://www.car.gov.co/vercontenido/3714
[10] CAR, & Huitaca. (2019). Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca Hidrográfica del Río Bogotá. http://www.car.gov.co/vercontenido/94