Modelling the hydrologic role of glaciers within a Water Evaluation and Planning System (WEAP): a case study in the Rio Santa watershed (Peru)
Creators
- 1. Laboratoire HydroSciences Montpellier
- 2. Gestion de l'Eau, Acteurs, Usages
- 3. National Agrarian University
- 4. Instituto Nacional del Agua
- 5. World Bank
Description
Abstract. For the past 30 years, a process of glacier retreat has been observed in the Andes, raising alarm among regional water resources managers. The purpose of this paper is to develop a model of the role of Andean glaciers in the hydrology of their associated watersheds, which is appropriate for application at a river basin scale, with an eye towards creating an analytical tool that can be used to assess the water management implications of possible future glacier retreat. While the paper delves deeply into our formulation of a glacier module within a water resources management modelling system, the widely subscribed Water Evaluation and Planning System (WEAP), the originality of our work lies less in the domain of glaciology and more in how we apply an existing reduced form representation of glacier evolution within a model of the climate-glacier-hydrology-water management continuum. Key insights gained pertain to appropriate ways to deploy these reduced form representations in a relatively data poor environment and to effectively integrate them into a modelling framework that places glaciers within a wider water management context. The study area is the Rio Santa watershed in Peru which contains many of the expansive glaciers of the singular Cordillera Blanca. The specific objectives of this study included: (i) adequately simulating both monitored glacier retreat and observed river flows from the last forty years using historical climate time series as model input; (ii) quantifying the proportion of river flow in the Rio Santa produced from melting glaciers during this period; (iii) estimating the historical contribution of groundwater accretions to river flows; and (vi) reproducing a reasonable simulation of recent hydropower operations in the Rio Santa system. In pursuit objective (i), a split sample calibration-validation of the model was conducted by comparing the simulated glacier area to Landsat images taken in 1987 and 1998 and observed and simulated river flow at 16 control points in the Rio Santa watershed. At the global scale of the watershed, the glacier retreat is correctly simulated for the period 1970/1999 with a calculated retreat equals to −23% when the observed retreat is of −24%. Having established that the model can respond to these scientific objectives, the ultimate goal of the study was to demonstrate how this integrated modelling system can be used as a decision support tool to assist in planning water management adaptation to climate change. This sort of integrated assessment is required to adapt water resources management in the Andes to a~range of future climatic conditions, improving the resilience of developing Andean economies such Peru's in the face of a major drive of global change.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة: على مدى السنوات الثلاثين الماضية، لوحظت عملية تراجع الأنهار الجليدية في جبال الأنديز، مما أثار القلق بين مديري الموارد المائية الإقليميين. الغرض من هذه الورقة هو تطوير نموذج لدور الأنهار الجليدية في الأنديز في هيدرولوجيا مستجمعات المياه المرتبطة بها، وهو مناسب للتطبيق على نطاق أحواض الأنهار، مع التركيز على إنشاء أداة تحليلية يمكن استخدامها لتقييم آثار إدارة المياه على التراجع المحتمل للأنهار الجليدية في المستقبل. في حين أن الورقة تتعمق في صياغتنا لوحدة الأنهار الجليدية داخل نظام نمذجة إدارة الموارد المائية، وهو نظام تقييم وتخطيط المياه المشترك على نطاق واسع (WEAP)، فإن أصالة عملنا تكمن أقل في مجال علم الجليد وأكثر في كيفية تطبيق تمثيل الشكل المخفض الحالي لتطور الأنهار الجليدية ضمن نموذج لاستمرارية إدارة المناخ والجليد والهيدرولوجيا والمياه. تتعلق الرؤى الرئيسية المكتسبة بالطرق المناسبة لنشر تمثيلات النماذج المخفضة هذه في بيئة فقيرة نسبيًا في البيانات ودمجها بفعالية في إطار النمذجة الذي يضع الأنهار الجليدية في سياق أوسع لإدارة المياه. منطقة الدراسة هي مستجمع مياه ريو سانتا في بيرو الذي يحتوي على العديد من الأنهار الجليدية الواسعة في كوردييرا بلانكا الفريدة. تضمنت الأهداف المحددة لهذه الدراسة ما يلي: (1) المحاكاة الكافية لكل من تراجع الأنهار الجليدية المرصودة وتدفقات الأنهار المرصودة من الأربعين عامًا الماضية باستخدام السلاسل الزمنية المناخية التاريخية كمدخلات نموذجية ؛ (2) تحديد نسبة تدفق الأنهار في ريو سانتا الناتج عن ذوبان الأنهار الجليدية خلال هذه الفترة ؛ (3) تقدير المساهمة التاريخية لتراكم المياه الجوفية في تدفقات الأنهار ؛ و (6) إعادة محاكاة معقولة لعمليات الطاقة الكهرومائية الأخيرة في نظام ريو سانتا. في السعي لتحقيق الهدف (1)، تم إجراء معايرة عينة مقسمة - التحقق من صحة النموذج من خلال مقارنة منطقة الأنهار الجليدية المحاكاة بصور لاندسات التي تم التقاطها في عامي 1987 و 1998 ومراقبة ومحاكاة تدفق النهر في 16 نقطة تحكم في مستجمع مياه ريو سانتا. على المستوى العالمي لمستجمعات المياه، تتم محاكاة تراجع الأنهار الجليدية بشكل صحيح للفترة 1970/1999 مع تراجع محسوب يساوي -23 ٪ عندما يكون التراجع الملحوظ -24 ٪. بعد أن أثبتت أن النموذج يمكن أن يستجيب لهذه الأهداف العلمية، كان الهدف النهائي للدراسة هو توضيح كيف يمكن استخدام نظام النمذجة المتكامل هذا كأداة لدعم القرار للمساعدة في تخطيط تكيف إدارة المياه مع تغير المناخ. هذا النوع من التقييم المتكامل مطلوب لتكييف إدارة الموارد المائية في جبال الأنديز مع مجموعة من الظروف المناخية المستقبلية، وتحسين مرونة اقتصادات الأنديز النامية مثل بيرو في مواجهة دافع رئيسي للتغير العالمي.Translated Description (French)
Résumé. Depuis 30 ans, un processus de recul des glaciers a été observé dans les Andes, ce qui a alarmé les gestionnaires régionaux des ressources en eau. Le but de cet article est de développer un modèle du rôle des glaciers andins dans l'hydrologie de leurs bassins versants associés, qui est approprié pour une application à l'échelle d'un bassin hydrographique, en vue de créer un outil analytique qui peut être utilisé pour évaluer les implications de la gestion de l'eau d'un éventuel futur retrait des glaciers. Alors que l'article approfondit notre formulation d'un module glaciaire au sein d'un système de modélisation de la gestion des ressources en eau, le Système d'évaluation et de planification de l'eau (WEAP) largement souscrit, l'originalité de notre travail réside moins dans le domaine de la glaciologie que dans la façon dont nous appliquons une représentation de forme réduite existante de l'évolution des glaciers dans un modèle du continuum climat-glacier-hydrologie-gestion de l'eau. Les idées clés acquises concernent les moyens appropriés de déployer ces représentations de forme réduite dans un environnement relativement pauvre en données et de les intégrer efficacement dans un cadre de modélisation qui place les glaciers dans un contexte plus large de gestion de l'eau. La zone d'étude est le bassin versant du Rio Santa au Pérou, qui contient de nombreux glaciers expansifs de la singulière Cordillera Blanca. Les objectifs spécifiques de cette étude comprenaient : (i) la simulation adéquate du recul des glaciers surveillés et des débits des rivières observés au cours des quarante dernières années en utilisant des séries chronologiques climatiques historiques comme entrée de modèle ; (ii) la quantification de la proportion du débit des rivières dans le Rio Santa produite par la fonte des glaciers au cours de cette période ; (iii) l'estimation de la contribution historique des accumulations d'eaux souterraines aux débits des rivières ; et (vi) la reproduction d'une simulation raisonnable des opérations hydroélectriques récentes dans le système du Rio Santa. Dans le cadre de l'objectif de poursuite (i), une validation de l'étalonnage de l'échantillon fractionné du modèle a été effectuée en comparant la zone du glacier simulée aux images Landsat prises en 1987 et 1998 et en observant et simulant le débit de la rivière à 16 points de contrôle dans le bassin versant du Rio Santa. À l'échelle mondiale du bassin versant, le recul du glacier est correctement simulé pour la période 1970/1999 avec un recul calculé égal à −23 % lorsque le recul observé est de −24 %. Ayant établi que le modèle peut répondre à ces objectifs scientifiques, le but ultime de l'étude était de démontrer comment ce système de modélisation intégré peut être utilisé comme outil d'aide à la décision pour aider à la planification de l'adaptation de la gestion de l'eau au changement climatique. Ce type d'évaluation intégrée est nécessaire pour adapter la gestion des ressources en eau dans les Andes à une gamme de conditions climatiques futures, améliorant la résilience des économies andines en développement telles que celle du Pérou face à un changement mondial majeur.Translated Description (Spanish)
Resumen. Durante los últimos 30 años, se ha observado un proceso de retroceso de los glaciares en los Andes, lo que ha generado alarma entre los administradores regionales de recursos hídricos. El propósito de este documento es desarrollar un modelo del papel de los glaciares andinos en la hidrología de sus cuencas hidrográficas asociadas, que sea apropiado para su aplicación a escala de cuenca fluvial, con miras a crear una herramienta analítica que pueda utilizarse para evaluar las implicaciones de la gestión del agua de un posible futuro retroceso de los glaciares. Si bien el documento profundiza en nuestra formulación de un módulo de glaciares dentro de un sistema de modelado de gestión de recursos hídricos, el ampliamente suscrito Sistema de Evaluación y Planificación del Agua (WEAP), la originalidad de nuestro trabajo radica menos en el dominio de la glaciología y más en cómo aplicamos una representación de forma reducida existente de la evolución de los glaciares dentro de un modelo del continuo de gestión clima-glaciar-hidrología-agua. Los conocimientos clave obtenidos se refieren a las formas adecuadas de implementar estas representaciones de forma reducida en un entorno relativamente pobre en datos e integrarlos de manera efectiva en un marco de modelado que coloque a los glaciares dentro de un contexto más amplio de gestión del agua. El área de estudio es la cuenca del Río Santa en Perú, que contiene muchos de los glaciares expansivos de la singular Cordillera Blanca. Los objetivos específicos de este estudio incluyeron: (i) simular adecuadamente el retroceso de los glaciares monitoreados y los flujos fluviales observados de los últimos cuarenta años utilizando series temporales climáticas históricas como entrada modelo; (ii) cuantificar la proporción del flujo fluvial en el Río Santa producido por el derretimiento de los glaciares durante este período; (iii) estimar la contribución histórica de las acumulaciones de agua subterránea a los flujos fluviales; y (vi) reproducir una simulación razonable de las operaciones hidroeléctricas recientes en el sistema de Río Santa. En el objetivo de búsqueda (i), se realizó una calibración-validación de muestra dividida del modelo comparando el área de glaciar simulada con imágenes de Landsat tomadas en 1987 y 1998 y el flujo del río observado y simulado en 16 puntos de control en la cuenca del Río Santa. A escala global de la cuenca, el retroceso del glaciar se simula correctamente para el período 1970/1999 con un retroceso calculado igual a -23% cuando el retroceso observado es de -24%. Una vez establecido que el modelo puede responder a estos objetivos científicos, el objetivo final del estudio fue demostrar cómo este sistema de modelado integrado puede utilizarse como una herramienta de apoyo a la toma de decisiones para ayudar a planificar la adaptación de la gestión del agua al cambio climático. Este tipo de evaluación integrada es necesaria para adaptar la gestión de los recursos hídricos en los Andes a una variedad de condiciones climáticas futuras, mejorando la resiliencia de las economías andinas en desarrollo, como las de Perú, frente a un importante impulso del cambio global.Files
ANA0001817.pdf.pdf
Files
(352 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:939e8469093b6883040fb41110453ca5
|
352 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نمذجة الدور الهيدرولوجي للأنهار الجليدية ضمن نظام تقييم وتخطيط المياه (WEAP): دراسة حالة في مستجمعات مياه ريو سانتا (بيرو)
- Translated title (French)
- Modélisation du rôle hydrologique des glaciers dans un système d'évaluation et de planification de l'eau (WEAP) : une étude de cas dans le bassin versant du Rio Santa (Pérou)
- Translated title (Spanish)
- Modelización del papel hidrológico de los glaciares dentro de un Sistema de Evaluación y Planificación del Agua (WEAP): un estudio de caso en la cuenca del Río Santa (Perú)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2156747825
- DOI
- 10.5194/hessd-8-869-2011
References
- https://openalex.org/W1969613844
- https://openalex.org/W1980661581
- https://openalex.org/W1989459126
- https://openalex.org/W2018882387
- https://openalex.org/W2022934082
- https://openalex.org/W2028940983
- https://openalex.org/W2030970910
- https://openalex.org/W2033904036
- https://openalex.org/W2034617574
- https://openalex.org/W2056537041
- https://openalex.org/W2065509107
- https://openalex.org/W2071911340
- https://openalex.org/W2075371124
- https://openalex.org/W2080039962
- https://openalex.org/W2094061050
- https://openalex.org/W2117238839
- https://openalex.org/W2138373856
- https://openalex.org/W2170565333
- https://openalex.org/W2173372139
- https://openalex.org/W2180640486
- https://openalex.org/W4231420001