INTRODUCCIÓN

En diciembre de 1998 el Ministerio de Medio Ambiente presentó al Consejo Nacional del Agua el Libro Blanco del Agua en España, abriendo un periodo de debate que se prolongó hasta el pasado mes de marzo. Uno de los objetivos perseguidos al elaborar el Libro fue disponer de un soporte material ordenado, extenso y riguroso para la discusión y el debate social, mediante el cual los procesos de maduración interna y contraste de opiniones adquierieran la mayor transparencia posible, al fundamentarse en bases docurnentales objetivas y explícitas

Por este motivo, el Libro consta de una parte de naturaleza básicamente técnica y expositiva, que refleja el estado del arte en lo referente a la situación actual de conocimientos en materia hídrica, incluyendo una descripción de los problemas básicos existentes y previsibles, e incorporando contribuciones documentales y perspectivas de diferentes órganos administrativos sectoriales. Tal estado del arte no se limita a una mera recopilación y exposición documental, sino que incorpora desarrollos tecnológicos propios, específicamente realizados para el Libro. Esta parte de descripción de datos, situaciones y problemas del agua en España se ha considerado, en todo momento, esencial y, de hecho, ocupa una importante extensión del documento. Para este artículo se han seleccionado algunos de estos desarrollos tecnológicos considerando su posible interés técnico y científico. En concreto se ha elegido el procedimiento de regionalización hidrometeorológica, el modelo hidrológico distribuido utilizado para la evaluación de los recursos hídricos en régimen natural, el modelo cartográfico desarrollado para la identificación de desequilibrios territoriales, el modelo analítico para el estudio del sistema de utilización del agua y el procedimiento para acotar las incertidumbres asociadas al posible cambio climático.

Quizá otro de los avances técnicos más importantes del Libro haya sido la recopilación de los datos básicos del agua en España, cuya necesidad y utilidad se manifestaron desde el inicio de los trabajos como algo evidente. Estos datos básicos se encontraban en una situación de enorme dispersión en numerosas instancias administrativas y privadas, y su mera síntesis y unificación, ciertamente complicada, ya posee un gran interés intrínseco. La ingente labor de recopilación y unificación desarrollada ha permitido darles un tratamiento sistemático y uniforme, organizándolos y actualizándolos, creando archivos comunes consistentes, y permitiendo su integración en bancos de datos homogéneos. A pesar de la indudable trascendencia de esta labor, en este artículo no se hacen referencias explícitas a la estructura y contenidos de estos bancos de datos, si bien, y como es fácil comprender, sin esta organización de la información no habría sido posible aplicar de modo práctico la mayor parte de los procedimientos desarrollados.

En este artículo tampoco se analizan ni se ofrecen con detalle los resultados obtenidos, centrándose en la descripción técnica de los métodos y procedimientos desarrollados. Para una consulta pormenorizada de los resultados se recomienda acudir al propio Libro Blanco.

REGIONALIZACIÓN HIDROMETEOROLÓGICA

La precipitación es la variable climática básica que, junto con la evapotranspiración y las características de las cuencas, configura el régimen de escorrentías de un territorio.

Por esta razón en el Libro Blanco se le ha dedicado una atención especial, profundizándose en el análisis de su estructura espacio-temporal. Estos trabajos han permitido realizar una propuesta de regionalización hidrometeorológica para el conjunto del país.

FIGURA 1. Mapa de Valores medios de la precipitación anual en el período 1940/41-1995/96

La alta variabilidad espacial de las precipitaciones en España es un hecho suficientemente observado y conocido. En la figura 1 se muestra cómo los valores medios anuales en España varían desde los más de 1.600 mm en las zonas más septentrionales del territorio, en las que se superan incluso los 2.000 mm, a los menos de 300 mm de amplias áreas del Sureste peninsular y de las Islas Canarias. La media para España está próxima a los 700 mm/año.

Por otra parte, el examen de la serie de precipitaciones medias en España (figura 2) pone de relieve la alta variabilidad temporal de la precipitación.

FIGURA 2. Serie de precipitaciones anuales medias en España en el período 1940/41-1995/96

Se observa además que las rachas de años secos son más largas que las húmedas, como corresponde a datos no gaussianos y con sesgo positivo. Esas rachas pueden apreciarse mejor, de una forma global, mediante la serie de desviaciones unitarias acumuladas, que se muestra, junto con su media móvil centrada de 5 años, en la figura 3. Tendencias crecientes reflejarán rachas húmedas, y tendencias decrecientes reflejarán rachas secas.

FIGURA 3. Rachas de la precipitación media anual en España en el período 1940/41-1995/96, a partir de las desviaciones unitarias comunitarias acumuladas.

Es claramente perceptible en la figura anterior la existencia de 3 periodos distintos: uno globalmente seco desde 1940 hasta 1957, al que sigue uno globalmente húmedo desde 1958 hasta 1978, y al que, finalmente, sigue otro seco desde 1979 hasta 1995.

Profundizando en el estudio de la estructura espacio-temporal de estas lluvias, en el Libro Blanco se ha obtenido la matriz de correlación de las precipitaciones anuales, para el periodo 1940/41-1995/96, en los distintos ámbitos territoriales objeto de la planificación. Los valores de esta matriz ponen de manifiesto que existen correlaciones significativas entre grupos de ámbitos, pero no de todos entre sí. Ello significa que existen en España áreas con regímenes pluviométricos independientes, no produciéndose las rachas secas y húmedas con simultaneidad en todo el país.

Además, todas las correlaciones son nulas o positivas, y no existe, entre ningún par de ámbitos, correlación negativa significativa. Ello implica que o no hay simultaneidad o hay una cierta simultaneidad de sequías y periodos de abundancia, pero no hay, significativamente, sequía en una zona mientras hay abundancia en otra, y viceversa.

La observación de correlaciones significativas entre ámbitos sugiere estudiar sus posibles afinidades, reduciéndolos a áreas similares desde el punto de vista de las precipitaciones anuales. Si se realiza un análisis de agregaciones mediante cluster jerárquico, se obtienen algunos agrupamientos muy per x sistentes entre ámbitos. Considerando los agrupamientos obtenidos y el grado de proximidad entre ellos, en el Libro Blanco se propone una regionalización de los ámbitos de planificación desde el punto de vista de las precipitaciones anuales. Así se establecen siete zonas, que serían las que se muestran en la figura 4.

FIGURA 4. Regiones pluviométricas de los ámbitos territoriales de planificación.

Una gran zona es la central o atlántica (azul), que puede subdividirse en norte (C_N: Duero y Tajo) y sur (C-S: Guadiana, Guadalquivir y Sur); otra zona es la de levante (L: Júcar y Segura); otra sería la noreste (N_E: Ebro, Baleares y C.I.Cataluña); otra es la norte o cantábrica (N: Norte Il y Norte Ill); otra la noroeste (N_O: Galicia Costa y Norte l); y, por último, otra sería Canarias (CA). La organización regional propuesta permite revisar las rachas pluviométricas húmedas y secas, descendiendo al nivel de la región en lugar de utilizar la media global del país. Como se aprecia en la figura 5, la mayoría de las cuencas (Duero, Tajo, Guadiana, Guadalquivir, Sur, Ebro, C.I. de Cataluña, Norte 1, Galicia Costa y Baleares) sigue un patrón muy similar, que es, sensiblemente, el representativo de la media global del país, pero hay tres regiones (Levante, Norte y Canarias) que parecen haber seguido patrones diferentes a éste, y diferentes entre sí.

FIGURA 5. Distintas situaciones de las rachas de las precipitaciones de media anual por regiones pluviométricas en el período 1940-1995, a partir de las desviaciones unitarias.

Asimismo, se observa cómo desde finales de los 70 hay una racha seca, más o menos exacerbada, en todas las regiones, y con algún altibajo en el periodo 1985-90, a partir del cual es completamente generalizada. Ello explica, entre otras razones, la grave crisis de suministro hídrico que se vivió en muchos lugares de España en estos últimos años.

En el Libro Blanco también se indaga, al igual que se ha mostrado para las precipitaciones, en la estructura espaciotemporal de las aportaciones. Los resultados obtenidos, si se comparan con los de las precipitaciones, muestran, como era de esperar, grandes coincidencias, y las agregaciones regionales que resultan son las mismas. En definitiva se confirma que la variabilidad pluviométrica se transmite, y de forma más acusada, a los datos de escorrentía. Regiones de comportamiento pluviométrico similar son regiones con comportamiento hidrológico también similar, y rachas pluviométricas húmedas o secas se traducen, con mayor o menor desfase, en rachas de caudales de idéntico signo.

MODELACIÓN HIDROLÓGICA DISTRIBUIDA PARA LA EVALUACION DE LOS RECURSOS HIDRICOS EN REGIMEN NATURAL

Con objeto de actualizar las series hidrológicas hasta el año hidrológico 1995/96 utilizando una metodología homogénea para todas las cuencas, en el Libro Blanco se puso a punto un modelo de simulación de las aportaciones naturales. El procedimiento de evaluación ha consistido en la modelación distribuida de los componentes básicos del ciclo hidrológico a la escala global de todo el territorio nacional. A lo largo de los últimos años se han desarrollado numerosos modelos con el objetivo de generar series de aportaciones naturales de las cuencas. Estos modelos simulan el proceso de generación de la escorrentía a partir de información meteorológica y de las características de las cuencas, y han jugado un importante papel en los procesos de planificación hidrológica y de gestión de cuencas (Chairat y Delleur, 1993). Si bien en el pasado ha sido habitual la utilización de modelos agregados, como STANDFORD IV o SACRAMENTO, hoy en día se tiende a desarrollar modelos distribuidos que consideran la variabilidad espacial de los datos y parámetros hidrológicos. Si estos modelos se plantean bajo bases teóricas (un ejemplo es el modelo MIKE-SHE), es decir formulando las ecuaciones diferenciales que rigen los distintos procesos hidrológicos, no suelen ser operacionales para el tratamiento de grandes cuencas a la escala de planificación. Una solución consiste en plantear modelos distribuidos bajo formulaciones conceptuales (Van Deursen y Kwad¡jk, 1993).

El modelo hidrológico utilizado, denominado SIMPA (Simulación Precipitación-Aportación), es de tipo conceptual y distribuido y simula caudales medios mensuales en régimen natural en cualquier punto de la red hidrográfica de una cuenca (Estrela y Quintas, 1996a y 1996b, Ruiz, 1998). Reproduce los procesos esenciales de transporte de agua que tienen lugar en las diferentes fases del ciclo hidrológico (figura 6) planteando el principio de continuidad y estableciendo leyes de reparto y transferencia entre almacenamientos, en cada una de las celdas en que se discretiza el territorio. La resolución temporal que utiliza es el mes, por lo que puede obviarse la simulación de un gran número de almacenamientos intermedios y la propagación del flujo en la cuenca. En cuanto a la resolución espacial, el tamaño de celda seleccionado es de 1 km2 lo que supone que en cada paso de tiempo se simulan los distintos componentes del ciclo hidrológico en más de 500.000 celdas.

MODELACIÓN CARTOGRÁFICA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE DESEQUILIBRIOS TERRITORIALES

La modelación cartográfica constituye una técnica relativamente joven que en los últimos años se viene desarrollando con creciente vigor. Permite tratar abundante información territorial de manera muy eficiente, lo que la ha convertido en un instrumento particularmente útil para llevar a cabo análisis que, como el que nos ocupa, tienen una componente básicamente territorial. En el Libro Blanco se ha desarrollado uno de estos modelos para determinar, de forma homogénea y técnicamente transparente, las descompensaciones territoriales entre recursos y necesidades, identificando aquellas unidades territoriales (sistemas de explotación o ámbitos de planificación) que, inequívocamente, se encuentran en situación de escasez y las que ofrecen un saldo nítidamente favorable en su balance entre recursos y demandas. El modelo desarrollado utiliza parte de la información cartográfica producida para la elaboración del Libro. Concretamente, la información básica empleada en el modelo está constituida por el mapa de recursos naturales y los mapas de demanda urbana, industrial y agrícola. La resolución de trabajo elegida para el modelo es de 1 km³, lo que supone discretizar el territorio nacional en más de 500.000 celdas, en cada una de las cuales se llevan a cabo las diversas operaciones algebraicas que se describen a continuación.

Partiendo de los recursos naturales, es decir, de los recursos renovables que se generan en España, tanto de origen superficial como subterráneo, el modelo determina los recursos potenciales, es decir, la fracción de los recursos naturales que verdaderamente constituye un potencial de oferta. La razón para diferenciar estos recursos potenciales se halla en la necesidad de contemplar los requerimientos ambientales como una restricción de carácter superior, externa al propio sistema de utilización del agua. Se trata, por tanto, de diferenciar y reservar unos recursos con los que el sistema no puede contar para alcanzar los objetivos productivos de utilización del agua. Solo los recursos restantes, los que realmente constituyen un potencial, son los que pueden movilizarse en el sistema de utilización y son, por tanto, los que se deben hacer intervenir en el balance entre recursos y demandas.

Los recursos naturales considerados en el modelo están constituidos por el valor medio anual de las escorrentías totales en régimen natural correspondientes al periodo 1940/41-1995/96 (figura 13). Para determinar los recursos potenciales se supone cautelarmente una reserva del 20% de los recursos naturales para cumplir con los requerimientos previos de carácter ambiental y para cubrir las posibles incertidumbres en la estimación de los recursos. A los recursos potenciales resultantes hay que añadir los procedentes de la desalación de agua de mar, lo que se lleva a cabo distribuyendo los volúmenes actualmente desalados en el territorio de los sistemas de explotación que cuentan con la posibilidad de utilizarlos. A nivel nacional la magnitud actual de estos recursos es muy reducida, pero pueden ayudar a resolver problemas localizados en algunos sistemas de explotación, fundamentalmente en los insulares.

También deben considerarse los trasvases existentes en la actualidad que, si bien no incrementan los recursos potenciales nacionales, modifican su distribución, incrementándolos o disminuyéndolos, respectivamente, en aquellos sistemas que sean destino u origen de la correspondiente transferencia. Esta redistribución se lleva a cabo por sistemas de explotación, detrayendo los recursos correspondientes de los sistemas cedentes e incrementando los recursos de los sistemas receptores.La suma de los mapas de demanda urbana, industrial y agraria da lugar al mapa de demandas totales, entendidas como detracción del medio. Ahora bien, para tener en cuenta los retornos que vuelven a incorporarse al medio y son susceptibles de utilización posterior aguas abajo, se han diferenciado las fracciones consuntiva y no consuntiva de cada uso, con lo que se obtienen los correspondientes mapas de demanda consuntiva y no consuntiva, cuya suma es la demanda total. Para realizar esta diferenciación, y dado el carácter global de este modelo, se adoptan, en primera instancia, las cifras convencionales de consumo y retorno en los diferentes usos, que en el caso urbano e industrial supone un consumo del 20% y un retorno del 80%, mientras que en el uso agrario supone un consumo del 80% y un retorno del 20%.

En los aprovechamientos urbanos e industriales próximos a la costa la posibilidad de emplear los retornos procedentes de estos usos es más reducida y suele llevarse a cabo por medio de actuaciones de reutilización planificada o directa, lo que supone un aprovechamiento mucho menor que el correspondiente a las cifras habituales de retorno. Para reproducir este hecho de una forma más acorde con la realidad, la fracción no consuntiva de la demanda, es decir, la que podría volver a utilizarse, se obtiene aplicando un 20% a las demandas de riego en todo el territorio, un 10% a las demandas urbanas e industriales peninsulares situadas a menos de 10 km de la costa, un 20% a las demandas urbanas e industriales de la misma franja costera insular y un 80% al resto de las demandas urbanas e industriales.

FIGURA 15. Mapa de demanda total actual en mm (urbana, industrial y agrícola)

A partir de los mapas de recursos potenciales y demanda consuntiva total se realiza el balance celda a celda, lo que permite obtener sendos mapas con la distribución territorial de déficit y superávit (figuras 16 y 17).

FIGURA 16. Mapa de distribución territorial del déficit (mm/año)

FIGURA 17. Mapa de distribución territorial del superávit (mm/año)

Estos mapas tienen, lógicamente, un carácter meramente ilustrativo, pues la utilización del agua no se lleva a cabo de forma aislada en cada celda, sino en recintos territorialmente más amplios. Por este motivo, el modelo realiza una agregación territorial basada en la delimitación de diversas unidades de gestión. En primer lugar se realiza la agregación de acuerdo con los sistemas de explotación definidos en los Planes Hidrológicos de cuenca, lo que permite identificar las descompensaciones existentes en el ámbito de cada Plan. A continuación se realiza una nueva agregación por ámbitos territoriales de planificación, lo que puede proporcionar una idea del comportamiento global de cada Plan. Como es fácil deducir, este análisis puede llevarse a cabo para cualquier tipo de unidad territorial.

FIGURA 18. Mapa del déficit (hm3/año) en los sistemas de explotación

FIGURA 19. Mapa de superávit (hm3/año) en los sistemas de explotación

En las figuras 18 y 19 se muestran los resultados correspondientes a la agregación por sistemas de explotación. Dadas las hipótesis asumidas en este modelo cartográfico, el balance agregado por sistemas de explotación presupone la completa utilización de los recursos potenciales generados en todo el territorio del sistema, además, en su caso, de los recursos procedentes de la desalación de agua de mar y de las transferencias de otros sistemas. Esto representa una cota máxima de aprovechamiento que requeriría disponer del conjunto de infraestructuras necesarias y contar con las necesarias condiciones de calidad. En el modelo se asume, por tanto, que se cuenta con dicha dotación de infraestructuras y que no existen limitaciones por la calidad del agua, por lo que las limitaciones de suministro procederían, exclusivamente, de la insuficiencia de recursos hídricos. Por otra parte, el hecho de realizar el balance con los valores correspondientes a la fracción consuntiva de las demandas supone, implícitamente, que se alcanza el máximo grado posible de reutilización de los recursos. En el mismo sentido, la consideración de los trasvases nominales supone que se llevan a cabo las máximas transferencias legal y técnicamente posibles actualmente. Todo ello quiere decir que un sistema que resulte deficitario será incapaz de atender la fracción consuntiva de su demanda aún en el supuesto maximalista de contar con toda la infraestructura necesaria para el completo aprovechamiento de sus recursos potenciales y cumplir éstos los necesarios requisitos de calidad.

Por el contrario, en el caso de que un sistema resulte excedentario no debe deducirse que en él no se planteen problemas de suministro. Estos problemas pueden existir, pero no serán debidos a insuficiencia de recursos, puesto que globalmente son superiores, en el territorio del sistema, a las necesidades consuntivas. Podrían deberse, sin embargo, a un déficit de infraestructuras de almacenamiento o transporte o a limitaciones por la calidad del agua. Con objeto de sintetizar y poder realizar una más clara interpretación de los resultados obtenidos, el modelo calcula varios índices relativos a los niveles de explotación y consumo alcanzados en cada territorio. El primero de ellos, denominado índice de explotación, es el cociente entre la demanda total o detracción y el recurso potencial. Un índice de explotación que se aproxime o incluso sobrepase el valor 1 no indica necesariamente escasez de agua, puesto que si las detracciones no están demasiado concentradas espacialmente, una parte importante de los retornos puede volver a ser utilizada. El segundo índice empleado es el índice de consumo, obtenido como cociente entre la demanda consuntiva (detracciones menos retornos) y el recurso potencial. Esta relación puede interpretarse como indicador del riesgo de escasez. Si su valor es superior a 0,5 se trataría de una escasez de tipo coyuntural más o menos localizada, mientras que si se aproxima a 1 se trataría de una escasez de carácter estructural. Por el contrario, un índice de consumo bajo revelaría un potencial poco utilizado (Erhard-Cassegrain y Margat, 1983). Con estos criterios el modelo elabora, finalmente, los mapas de riesgo de escasez correspondientes a las diferentes agregaciones espaciales realizadas (figuras 20 y 21). El esquema adjunto resume gráficamente el proceso seguido en el modelo cartográfico descrito.

FIGURA 20. Mapa de riesgo de escasez de los sistemas de explotación

FIGURA 21. Mapa de riesgo de escasez en los ámbitos territoriales de los Planes Hidrológicos

FIGURA 22. Modelo cartográfico para la identificación de desequilibrios territoriales

MODELACIÓN ANALÍTICA DEL SISTEMA DE UTILIZACIÓN DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO

El modelo cartográfico descrito permite disponer de un procedimiento para llevar a cabo, de manera clara y sencilla, pero homogénea y rigurosa, una contabilidad territorial simplificada del balance entre recursos y demandas.
Sin embargo, si se pretende disponer de una evaluación más realista de la situación en los diferentes ámbitos de planificación y de las posibilidades de actuación en el ámbito nacional, es preciso efectuar el análisis teniendo en cuenta la variabilidad temporal de los recursos e introduciendo dos aspectos fundamentales para su explotación: los elementos de regulación (tanto artificiales -embalses-, como naturales acuíferos-) y la gestión de los sistemas. Es absolutamente necesario tener en cuenta la variabilidad temporal de los recursos, puesto que, como se ha mencionado antes, el uso de valores medios anuales sólo permite encontrar cotas superiores de aprovechamiento del recurso en la hipótesis de que fuera posible eliminar totalmente dicha variabilidad, lo cual no es factible en la mayor parte de los casos. Para introducir dicha variabilidad se hace necesario extender el análisis a periodos de tiempo de longitud igual a la vida útil de los sistemas (o al menos de un orden de magnitud comparable), y contemplar como unidad elemental de tiempo una fracción del cielo anual que suponga un equilibrio entre la adecuada representación de la variabilidad y la complejidad de cálculo (normalmente se adopta el mes como unidad elemental).

Los elementos de regulación artificial y natural (embalses y acuíferos) son necesarios en el análisis, pues precisamente de ellos va a depender la capacidad del sistema de compensar el desequilibrio temporal entre la oferta y la demanda. Finalmente, la gestión de los sistemas es un aspecto importantísimo, más importante cuanto mayor sea el grado alcanzado de desarrollo del recurso y más ajustada esté la relación entre los valores medios de la oferta y la demanda. En este sentido, es vital realizar una gestión eficiente, no solo a escala elemental (por ejemplo, de un embalse o de un acuífero), sino también a escala global dentro de los sistemas de explotación y de los ámbitos territoriales de planificación, y de forma integrada entre los recursos de distinto origen. En este último aspecto, es esencial considerar, donde sea posible y pertinente, la utilización conjunta de recursos superficiales y subterráneos, pues con ella se obtiene un mejor aprovechamiento del recurso con menores infraestructuras y mayores garantías. Para realizar de forma adecuada el análisis con la introducción de estos aspectos fundamentales, y dada la complejidad y grado de desarrollo de los esquemas de aprovechamiento en la mayor parte de las cuencas españolas, es imprescindible recurrir al análisis de sistemas y utilizar herramientas que permitan la simulación y la optimización de la gestión del recurso ante distintas alternativas de infraestructura y de gestión, y ante distintos escenarios futuros.

Para evaluar los sistemas de utilización del agua, los distintos Planes Hidrológicos de cuenca han definido un conjunto de sistemas de explotación a partir de los cuales han realizado los correspondientes balances entre recursos y demandas.

El resultado de estos balances arroja un déficit en la situación actual de unos 3.500 hm³ anuales, concentrados, fundamentalmente y en términos volumétricos, en los ámbitos de los Planes del Guadalquivir, Guadiana 1, Segura, Sur y Júcar. Pero hay que precisar que esta cifra resulta de la agregación de estimaciones muy diferentes y, por lo tanto, es matizable.
El análisis de los Planes de cuenca revela que han sido empleados distintos procedimientos y metodologías de análisis, con diferentes interpretaciones de algunos conceptos y niveles de precisión heterogéneos. Las demandas no han sido tratadas con suficiente homogeneidad y los criterios de garantía empleados según los diversos usos, cuando se especifican, llegan a diferir notablemente. A todo ello hay que añadir que, en general, no se han seguido las recomendaciones de la Orden Ministerial de 24 de setiembre de 1992 (BOE 249, octubre 1992) en cuanto a la elaboración de un sistema único de la totalidad de cada cuenca para efectuar el análisis global de su explotación.
Para salvar todas estas dificultades, que pueden distorsionar, al menos en cierta medida, los análisis de tipo comparativo, y poder realizar los balances con la homogeneidad que requiere un Plan Nacional, en los trabajos del Libro Blanco se decidió acometer la construcción de un sistema unificado de explotación de recursos hídricos que comprendiera el territorio de los ámbitos de los Planes Hidrológicos peninsulares y que permitiera efectuar un análisis de carácter global.

El sistema se ha construido sobre la base de un conjunto de herramientas de ayuda a la decisión para la gestión de recursos hidráulicos denominado Aquatool y desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia (Andreu et al.,1991) Como instrumento inicial se ha optado por elaborar, dentro de las herramientas disponibles, un modelo de optimización que sirve para realizar un primer encaje de las grandes alternativas de actuación y una selección inicial de escenarios de acuerdo con el marco previo establecido mediante el modelo cartográfico anterior. Si del estudio de las alternativas planteadas en la elaboración del Plan Hidrológico Nacional así se mostrara necesario, de este modelo de optimización unificado se pueden extraer subsistemas para su análisis por separado, o bien elaborar esquemas jerárquicos simplificados encaminados a resaltar un aspecto importante del Plan.

El modelo ha sido empleado en la evaluación de los recursos actualmente disponibles, tal y como se describe posteriormente. Ha permitido, por otra parte, disponer de un soporte unificado, ordenado e inteligible de la información más relevante del actual sistema de utilización del agua en la península, dando así cumplimiento a uno de los objetivos previstos al elaborar el Libro Blanco. El esquema de optimización diseñado, referido a la situación actual, está constituido por las infraestructuras principales (presas, azudes y conducciones), las demandas existentes con sus puntos de retorno, los tramos fluviales, las aportaciones hidraúlicas y los nudos de confluencia de ríos o de incorporación de aportaciones. El aspecto general del esquema, de gran detalle y complejidad, se puede observar en la figura 23.

Los requerimientos ambientales se introducen de dos formas: como unidades específicas, que representan las necesidades hídricas de las zonas húmedas, o como caudales mínimos que deben circular por los diferentes tramos fluviales y que pueden variar mensualmente. El esquema incluye diferentes tipos de demanda (abastecimiento, regadío, industrial, refrigeración, recreativa y mixta) caracterizadas, de acuerdo con el Reglamento de la Administración Pública del Agua y de la Planificación Hidrológica, por su volumen anual, la distribución temporal de los suministros necesarios, el nivel de garantía exigido, el orden de prioridad y la cuantía y punto de restitución del retorno. La red fluvial está constituida por los ríos más importantes (aquéllos cuya aportación inedia en régimen natural, evaluada por medio del modelo SIMPA, es superior a 50 hm3/año). Las aportaciones naturales se incluyen como series mensuales que se incorporan al esquema en unos 350 puntos, correspondientes a embalses o a nudos de la red fluvial.

Las aguas subterráneas y su explotación se tienen en cuenta de forma implícita mediante su influencia en las aportaciones consideradas, ya sean detracciones por efecto de la extracción -como sería el caso del río Júcar respecto al acuífero de la Mancha Oriental-, o incrementos por efecto de las recargas (por ejemplo, por retornos de riego); mediante la inclusión de los déficit de sobreexplotación como demandas ficticias -como en algunas unidades de la cuenca del Segura- o mediante la modificación de los criterios de garantía aceptables. Los embalses o grupos de embalses seleccionados en el esquema representan del orden del 95% de la capacidad total de embalse en España. Se han elegido teniendo en cuenta tanto la capacidad como los desembalses medios efectuados. A efectos de su modelación en el sistema los embalses se caracterizan por el embalse útil, que puede variar mensualmente, por la batimetría (relación entre volumen embalsado y superficie inundada) y por la tasa de evaporación mensual en el área de cada embalse, obtenida con el modelo de evaluación de recursos en régimen natural descrito anteriormente. Con carácter general, el volumen útil disponible para la regulación se ha estimado en el 95% de la capacidad total de cada embalse, reservando el 5% restante para resguardos y volumen muerto.

Finalmente, a cada embalse se le asigna un número de prioridad que permite reflejar las preferencias en cuanto a origen de los suministros desde unos embalses u otros. En el sistema sólo se han considerado aquellas conducciones que suponen transferencias de recursos entre ríos. Las conducciones que permiten atender demandas situadas en la misma cuenca del punto de toma no han sido consideradas, sino que directamente se han ubicado las demandas en dicho punto de toma, En cuanto a su modelación las conducciones se caracterizan por un caudal mínimo nulo y un caudal máximo igual a su capacidad de transporte, que puede variar mensualmente.

APLICACIÓN Al CÁLCULO DE LOS RECURSOS DISPONIBLES

Con el sistema descrito se ha podido realizar una nueva evaluación de los recursos regulados tanto en un hipotético régimen natural como en la situación resultante de utilizar libremente la capacidad de embalse total actual. Para ello se han supuesto dos demandas tipo: una uniforme con garantía 100% y otra variable con el criterio de garantía estándar de déficit anuales acumulados del 50, 75 y 100% de la demanda anual para 1, 2 y 10 años, respectivamente.

La distribución mensual adoptada para caracterizar esta demanda variable media representativa se ha obtenido como promedio de una extensión representativa de zonas de riego en España. En el caso de demanda uniforme no se ha considerado ningún tipo de retorno, mientras que en el caso de la demanda variable se ha supuesto que se producen unos retornos del 20% de la demanda atendida. La razón para ello es que, con estos criterios, los resultados obtenidos para el caso de demanda uniforme con garantía del 100% (es decir, sin admitir fallo alguno con las series de aportaciones utilizadas) y sin retornos representan la máxima detracción que se podría realizar de los ríos de forma continua, no debiendo interpretarse esta cifra como un posible suministro para abastecimiento. Por su parte, los resultados relativos a demanda variable con déficit admisibles del 50, 75 y 100% y retornos del 20% se aproximan a las posibilidades reales de movilización de recursos superficiales para regadío.

En cada tramo de río se ha definido una demanda de agua que toma del extremo de aguas arriba del tramo y retorna al extremo de aguas abajo. Con objeto de representar la situación de libre apropiación en la asignación de recursos, las demandas se ordenan desde aguas arriba hasta aguas abajo por niveles homogéneos. Se ha asignado una prioridad máxima a las demandas de los tramos situados en las cabeceras de los ríos. A los tramos situados inmediatamente aguas abajo de éstos se les ha asignado el siguiente nivel de prioridad, y así sucesivamente hasta la frontera con Portugal o hasta la desembocadura del río en el mar.

El recurso regulado en cada punto se ha calculado mediante un algoritmo iterativo de bipartición que comprueba al final de cada ejecución del modelo el cumplimiento del criterio de garantía establecido para cada demanda y aumenta o disminuye el valor estimado de la demanda en consecuencía. El valor de modificación se reduce a la mitad en cada iteración, por lo que, al final del proceso se obtiene una estimación de la demanda regulada con una precisión conocida.

En cada punto se ha supuesto inicialmente un valor de demanda igual a la aportación media en régimen natural en dicho punto y se ha trabajado con una precisión del 1 por 1.000 del valor de dicha aportación. El valor inicial adoptado supone lógicamente un límite superior de la máxima demanda que se puede atender en ese punto. A partir del valor inicial se han acotado los valores de las demandas hasta que se cumple el criterio de garantía establecido. Operativamente, se procede desde aguas arriba hacia aguas abajo por niveles homogéneos de prioridad, ajustando en una primera fase las demandas de máxima prioridad (más aguas arriba). Las demandas del siguiente nivel de prioridad se ajustan en una segunda fase, y así sucesivamente. En cada fase se supone que las demandas situadas aguas abajo de las del nivel de prioridad estudiado son nulas, para no interferir con la asignación de recursos. En las demandas situadas aguas arriba de las del nivel de prioridad estudiado se mantiene la estimación realizada en las fases previas. Para la situación en régimen natural, los resultados obtenidos se muestran en la figura 24.

FIGURA 24. Volúmenes regulados en régimen natural por ámbitos de planificación

Para determinar los recursos regulados con la infraestructura de almacenamiento existente se ha supuesto una utilización libre de todos los embalses, ignorando cualquier limitación concesional o de explotación que condicione su operación. El algoritmo de cálculo es similar al empleado en el caso de regulación natural, ligeramente modificado para tener en cuenta el efecto de los recursos almacenados al final de cada año hidrológico. Cuando existe infraestructura de regulación en la cuenca, la aparición de nuevas demandas aguas abajo, incluso teniendo un nivel de prioridad menor que el de las existentes, hace que puedan fallar éstas, puesto que el agua almacenada en los embalses al final de cada cielo de optimización anual modifica la disponibilidad de recursos en un caso y otro. Para resolver el problema se realiza una segunda ejecución del algoritmo de optimización, esta vez manteniendo el valor de las demandas situadas aguas abajo, cuya finalidad es la de ajustar definitivamente las demandas que comparten la regulación de un mismo embalse. Como en este caso las modificaciones que se introducen son ya pequeñas, al final de este bucle las demandas resultado cumplen ya el criterio de garantía establecido.

Debe hacerse notar que las cifras resultantes son solamente ilustrativas, pues se han obtenido en un supuesto teórico de utilización apropiatoría y exclusiva de aguas superficiales, sin considerar la existencia de ningún bombeo de aguas subterráneas, sin ninguna limitación derivada de las concesiones existentes y con la estrategia de gestión de embalses de cielo anual supuesta en el modelo de optimización utilizado. Los valores obtenidos constituyen, en ausencia de limitaciones por la calidad de las aguas, un límite inferior de los recursos disponibles, que podrían, si bien no necesariamente en todos los casos, incrementarse con estrategias de gestión plurianuales, técnicas de uso conjunto de aguas superficiales y subterráneas, o empleo de recursos no convencionales. Por otra parte, se dan casos singulares, como el Duero, en los que gran parte de la capacidad de almacenamiento (del orden de dos tercios del total) se encuentra en los importantes embalses hidroeléctricos próximos a Portugal, que no son utilizables en la parte española.

Con estas salvedades y matizaciones, los resultados obtenidos son los que se muestran en la figura 25.

FIGURA 25 .Volúmenes regulados en la situación teórica considerada

INCERTIDUMBRES DEL CAMBIO CLIMÁTICO

En los últimos años se ha producido una gran preocupación en la sociedad acerca del posible cambio climático inducido por el aumento del contenido del dióxido de carbono (C02) Y de otros gases de efecto invernadero (GE1) en la atmósfera Por ello en el Libro Blanco se ha estudiado, de forma global para todo el territorio nacional, cuáles serían los previsibles impactos sobre los recursos hídricos en una serie de escenarios climáticos previstos para España.

Los registros climáticos disponibles indican una tendencia hacia un calentamiento global durante el último siglo, con un calentamiento anterior a 1940, un ligero enfriamiento durante el periodo 1940-70 y un calentamiento posterior, especialmente notable en los últimos años (figura 26).

FIGURA 26. Evolución desde 1855 de la variación de la temperatura media global de la Tierra respecto a la media de la serie (ºC)

Aunque existe bastante incertidumbre sobre sí las tendencias observadas son producto de una variación natural del clima o si debieran atribuirse, en su mayor parte, al aumento de GEl atmosféricos durante los últimos 200 años, la mayoría de estudios llevados a cabo reflejan que el origen de la tendencia que muestra el calentamiento observado es poco probable que sea completamente natural.

Una modificación de la temperatura o de la precipitación repercutiría sobre los recursos hídricos de un territorio, pues, a largo plazo, su escorrentía es igual a la diferencia entre la precipitación y la evapotranspiración. Según los informes de evaluación científica realizados por el Panel Intergubernamental de Expertos para el cambio climático (IPCC), un incremento de temperatura de uno a dos grados centígrados, unido a una disminución del 10% en las precipitaciones, podría producir en zonas semiáridas una reducción del 40% al 70% en la escorrentía anual. Tradicionalmente, los escenarios climáticos futuros se han generado mediante la técnica de composición de resultados de los Modelos de Circulación General Acoplados Océano Atmósfera (MCGA-OA). Así se hace en el documento Programa Nacional sobre el Clima. Borrador (MOPTMA, 1995), elaborado por la Comisión Nacional del Clima, donde se analizan los resultados que proporcionan distintas composiciones de modelos. Sin perjuicio de las cautelas e incertidumbres asociadas al problema, la evolución más probable del clima peninsular español, como resultado de esos análisis, se sintetiza en los escenarios de temperatura y precipitación que se describen seguidamente. Se estima, en general, que una duplicación de C02 podría producir un aumento de temperatura media anual que oscilaría entre 1 ºC y 4 2C, aunque siendo ligeramente mayores esos aumentos en verano. También se estima que podrían producirse descensos generales de los valores de la precipitación media anual comprendidos entre el 5% y el 15%, siendo más probables en la mitad sur de la península. Se apunta una tendencia hacia una concentración temporal de la precipitación, así como a una mayor variabilidad intraanual e interanual. Los resultados más recientes sobre precipitación en la península ibérica, a partir de modelos globales, producen variaciones de la precipitación muy moderadas, al situar nuestra zona en un área de cambio de signo de la variación esperada de las precipitaciones, es decir, en todos los experimentos la línea de cambio nulo atraviesa la península ibérica. Las incertidumbres existentes en los resultados que proporcionan los MCGA-OA obligan a trabajar con escenarios y no con predicciones. Las conclusiones obtenidas como resultado de los estudios de impactos sectoriales deberán, por tanto, estar más orientadas a poner de manifiesto las debilidades de los sistemas que a modificar sus criterios de diseño o funcionamiento.

Un primer análisis lo constituye el estudio de cómo pueden repercutir esas variaciones climáticas en la escorrentía media anual en régimen natural en las distintas áreas del territorio nacional.

Para estimar espacialmente el impacto sobre la escorrentía media anual derivado de distintos escenarios climáticos, en el Libro Blanco se ha utilizado una ley regional (Budyko), que relaciona la escorrentía (A) con la precipitación (P) y la evapotranspiración potencial (ETP), y que previamente ha sido contrastada en los puntos de control en régimen natural seleccionados para calibrar el modelo de simulación de aportaciones mensuales. Como se observa en la figura 27 el ajuste es razonable y justifica la utilización de esta sencilla ley regional.
FIGURA 27. Relaciones entre aportación, precipitación y ETP en los puntos de control.

En el análisis realizado se han supuesto los siguientes escenarios climáticos, considerados representativos de lo que podría suceder en España bajo la hipótesis de duplicación del C02 prevista para el 2030:

a) Escenario 1: Aumento de 1 ºC en la temperatura media anual y
b) Escenario 2: Disminución de un 5% en la precipitación media anual y aumento de 12 C en la temperatura.

En las figuras 28 y 29 se muestran las disminuciones porcentuales de escorrentía media anual respecto a la situación actual, resultantes para estos dos escenarios. El análisis realizado permite concluir que el sureste peninsular, la cuenca del Guadiana, el valle del Ebro y la España insular, son las áreas donde el impacto sobre los recursos hídricos se manifestaría más severamente.

FIGURA 28. Mapa de disminución porcentual de la escorrentía para el escenario 1

FIGURA 29. Mapa de disminucxión porcentual de la escorrentía para el escenario 2

Los resultados obtenidos son del mismo orden de magnitud que las estimaciones de impacto sobre los recursos realizadas en otras regiones del mundo similares hidrológicamente a España, como es el caso de California. En todo caso, estos resultados no deben ser tomados en modo alguno como definitivos, sino como una llamada de atención y un punto de partida para posteriores -y más precisos- estudios de impacto. Se debe, además, tener presente que, como se apuntó, los escenarios utilizados se corresponden con la hipótesis de duplicación del C02 prevista para el 2030 y que este año queda fuera de los horizontes de la planificación hidrológica actual. Esto no impide apuntar que, si el cambio climático realmente ocurre, España podría enfrentarse en el futuro a un problema serio de agravamiento de la escasez de agua en algunas zonas.

Una cifra media global representativa de ese cambio, proyectada al segundo horizonte de la planificación hidrológica, y sensiblemente encajada en todas las horquillas de los distintos ámbitos, sería del orden del 5-6 %, tal y como muestra la figura 30.

FIGURA 30. Porcentajes de disminución de la aportación total, para los escenarios climáticos considerados , en el largo plazo de la planificación

Dadas las grandes incertidumbres que actualmente conllevan semejantes estimaciones, no parece razonable avanzar más allá -y ya es bastante aventurado- de estas grandes cifras agregadas, debiendo considerarse por ahora un ejercicio puramente especulativo descender a mayores detalles o niveles de desagregación espacio-temporal.

(*) Subdirección General de Planificación Hidrológica. Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas.
(**) Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX).