Asistencia Técnica Crecimiento Verde en Uruguay Modelaje de Calidad de Agua y Actualización del Plan de Acción para Calidad de Agua en la Cuenca del Río Santa Lucía Este reporte es parte de una serie de cinco productos analíticos generados en el marco de la Asistencia Técnica Crecimiento Verde en Uruguay, del Banco Mundial: Crecimiento Verde: Hacia una estrategia para Uruguay (Español/ Inglés) Oportunidades de Mercado para Reposicionamiento e Innovación Verde. Análisis de la demanda de sostenibilidad en las industrias del turismo, lácteos, soja y carne vacu- na (Español/ Inglés) Modelaje de calidad de agua y actualización del plan de acción para calidad de agua en la cuenca del río Santa Lucía (Español) Cuentas de capital natural del Uruguay: una aproximación inicial y consideraciones para la institucionalización (Español) Instrumentos de política para control de la contaminación del agua y la emisión de GEI por fuentes difusas provenientes de la actividad agropecuaria. Revisión de expe- riencias internacionales y lineamientos para su diseño para el control de nutrientes en la cuenca del río Santa Lucía (Uruguay) (Español) MODELAJE DE CALIDAD DE AGUA Y ACTUALIZACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN PARA CALIDAD DE AGUA EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA Práctica de Ambiente y Recursos Naturales para la región Latinoamérica y el Caribe Banco Mundial 21 de junio de 2018 © 2018 Banco Internacional de Reconstrucción y Desarrollo / Banco Mundial 1818 H Street NW, Washington, DC 20433 Teléfono: 202-473-1000; Internet: www.worldbank.org Algunos derechos reservados El presente documento ha sido realizado por el personal del Banco Mundial, con aportaciones externas. Las opiniones, las interpretaciones y las conclusiones aquí expresadas no son necesariamente reflejo de la opinión del Banco Mundial, de su Directorio Ejecutivo ni de los países representados por este. El Banco Mundial no garantiza la exactitud de los datos que figuran en esta publicación. 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"Modelaje de calidad de agua y actualización del plan de acción para calidad de agua en la cuenca del río Santa Lucía." Reporte técnico producido para la Asistencia Técnica de Crecimiento Verde en Uruguay. Banco Mundial, Washington, DC. Licencia: Creative Commons Reconocimiento CC BY 3.0 IGO. Traducciones— En caso de traducirse la presente obra, la cita de la fuente deberá ir acompañada de la siguiente nota de exención de responsabilidad: “La presente traducción no es obra del Banco Mundial y no deberá considerarse traducción oficial de este. El Banco Mundial no responderá por el contenido ni los errores de la traducción”. Adaptaciones— En caso de que se haga una adaptación de la presente publicación, la cita de la fuente deberá ir acompañada de la siguiente nota de exención de responsabilidad: “Esta es una adaptación de un documento original del Banco Mundial. 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Actividades de modelaje en marcha: Modelo AQUATOOL 26 4.3. Otros modelos a considerar 29 4.3.1. Modelo SWMM 29 4.3.2. Modelo SWAT-MODFLOW 31 4.3.3. Modelos de alta definición 33 5. Actualización del plan de acción para la protección ambiental en la cuenca del río Santa Lucía (Plan 2G) 36 5.1. Consultas realizadas para la actualización del Plan de Acción 36 5.2. Proceso de actualización del Plan de Acción 37 5.3. Construcción de escenarios 37 6. Hoja de ruta para el proceso de protección de la calidad ambiental en la cuenca del río Santa Lucía 38 6.1. Recomendaciones generales 38 6.2. Hoja de ruta para el Plan 2G 39 6.3. Hoja de ruta para la actividad de modelaje de calidad de agua 39 6.4. Teledetección y modelo SWAT en la cuenca del río Santa Lucía 40 6.5. Consideraciones adicionales 41 Referencias 44 Anexos 46 A. Estimado de fuentes y porcentajes de aporte de nutrientes en la cuenca RSL 46 B. Presentación de estrategia de modelaje (actualización diciembre 2017) 65 C. Agenda del primer taller de actualización del plan de acción para calidad de agua en la cuenca del río Santa Lucía 93 D. Aspectos de modelaje en las medidas del Plan de Acción en la cuenca del río Santa Lucía 94 i FIGURAS Figura 1. Ubicación de la cuenca del río Santa Lucía (RSL) en relación a las tres regiones hidrográficas de Uruguay. .................................................................................................................................................................................................................. 10 Figura 2. Zonificación definida para la gestión de la cuenca RSL. ........................................................................................... 11 Figura 3. Rango de variación en la concentración de Fósforo Total en mg/l en el embalse Paso Severino durante 10 años de muestreo (2005-2014). ....................................................................................................................................................... 12 Figura 4. Productores lecheros en la cuenca RSL. .......................................................................................................................... 13 Figura 5. Porcentajes de aportes puntuales y difusos de Fósforo Total distribuido por microcuencas en la cuenca RSL. .................................................................................................................................................................................................................. 14 Figura 6. Determinación del estado trófico de los cursos de agua en base al contenido de Fósforo Total en la cuenca RSL para 2014. ..................................................................................................................................................................................... 16 Figura 7. Resultados de mediciones de Fósforo Total en la subcuenca de Santa Lucía Chico: en puntos a lo largo del rio (panel superior) y en el embalse (panel inferior).................................................................................................................... 17 Figura 8. Estimación de la distribución de fuentes de contaminación por nutrientes en la cuenca RSL: Nitrógeno Total (panel superior) y Fósforo Total (panel inferior). .......................................................................................................................... 18 Figura 9. Uso de la tierra en la cuenca RSL. .................................................................................................................................. 21 Figura 10. Topografía en la cuenca RSL derivada del mapa de elevación digital. ............................................................ 22 Figura 11. Delineación de microcuencas a partir de la topografía mostrada en la Figura 10. ........................................ 23 Figura 12. Tipos de impactos y necesidades predictivas que resultan en la necesidad de tener un enfoque escalable de modelaje. .......................................................................................................................................................................................... 24 Figura 13. Uso de la tierra y delineación de microcuencas en el Sistema de Información Ambiental. El conjunto de modelos de calidad de agua a ser desarrollados para la cuenca RSL debe poder integrarse con este sistema para ser integrado, flexible y escalable a nivel nacional. ................................................................................................................... 25 Figura 14. Utilización del modelo de calidad de agua en Aquatool para la cuenca RSL, por subcuencas. ................... 26 Figura 15. Caracterización de la subcuenca denominada Río Santa Lucía para su modelaje en Aquatool. .................. 27 Figura 16. Simulación de cargas contaminantes en Aquatool para la subcuenca Río Santa Lucía: en el panel superior se esquematiza los nodos (o puntos de cierre) ingresados en el modelo, y en el panel inferior se esquematizan las contribuciones de cargas difusas en cada nodo. ........................................................................................................................... 28 Figura 17. Resultados del modelo Aquatool para Fósforo Total y Nitrógeno Total en la subcuenca Arroyo Canelón.29 Figura 18. Delineación de microcuencas en SWMM para la subcuenca Río Santa Lucía. Las zonas de color representan diferencias de caudal. .................................................................................................................................................. 30 Figura 19. Ejemplo de la aplicación del modelo SWMM para la subcuenca Río Santa Lucía........................................... 31 Figura 20. Delineación de subcuencas en la cuenca RSL utilizando el modelo SWAT. ........................................................ 32 Figura 21. Resultados de simulación del nivel freático de aguas subterráneas en la cuenca RSL utilizando el modelo integrado SWAT-MODFLOW: nivel freático de aguas subterráneas y malla numérica empleada en la simulación del agua subterránea (panel superior), y niveles freáticos integrados con el sistema de agua superficial de SWAT (panel inferior).................................................................................................................................................................................................... 33 Figura 22. Configuración del modelo Delft3D para la subcuenca Río Santa Lucía. ............................................................. 34 Figura 23. Algunos resultados de una simulación en la subcuenca Río Santa Lucía con el modelo Delft3D. Panel superior: malla numérica de alta resolución. Panel central: cálculo de erosión en la base del cauce fluvial. Panel inferior: simulación de una fuente difusa y concentraciones en el cauce fluvial. .................................................................... 35 ii Figura 24. Esquema conceptual de integración de la actividad de modelaje de nutrientes en cuencas hidrográficas con otros componentes el programa de crecimiento verde en Uruguay. ................................................................................. 42 TABLAS Tabla 1. Consultas realizadas para la actualización del Plan de Acción. .............................................................................. 36 iii ACRÓNIMOS Y UNIDADES BID Banco Interamericano para el Desarrollo DACC Desarrollo y Adaptación al Cambio Climático Delft3D/DWAQ Módulo de Calidad del Agua [D-Water Modelling] de la suite DELFT 3D de Deltares DBO5 Demanda Bioquímica de Oxígeno DGRN Dirección General de Recursos Naturales del MGAP DINAGUA Dirección Nacional de Aguas del MVOTMA DINAMA Dirección Nacional de Medio Ambiente del MVOTMA DINOT Dirección Nacional de Ordenamiento Territorial del MVOTMA EPA Agencia de Protección Ambiental Estadounidense IET Índice de Estado Trófico INIA Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria INUMET Instituto Uruguayo de Meteorología JICA Agencia de Cooperación Internacional del Japón MEF Ministerio de Economía y Finanzas MGAP Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca MIEM Ministerio de Industria, Energía y Minería MVOTMA Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente NT Nitrógeno Total OAN Observatorio Ambiental Nacional OPP Oficina de Planeamiento y Presupuesto OSE Obras Sanitarias del Estado PT Fósforo Total RSL Río Santa Lucía SNAACC Secretaría Nacional de Ambiente, Agua y Cambio Climático SNA Sistema Nacional Ambiental SWAT Modelo de Herramienta de Evaluación de Suelo y Agua [Soil and Water Assessment Tool] SWAT- Modelo hidrológico acoplado superficial-subterráneo MODFLOW SWMM Modelo de Gestión de Aguas Pluviales TMDL Cargas Máximas Totales Diarias UDELAR Universidad de la República VM Vaca masa µg/L Microgramos por litro mg/L Miligramos por litro iv AGRADECIMIENTOS Este documento fue preparado por un consultor externo del Grupo del Banco Mundial Fernando Miralles y por Remi Trier (Banco Mundial), para el equipo de la Asistencia Técnica Crecimiento Verde en Uruguay. Dicho equipo fue liderado por Gianni Ruta, Remi Trier y Alberto Criscuolo. Ellos junto a Paul Martin y Melissa Castera Errea, también miembros del equipo, proporcionaron valiosas contribuciones a lo largo del proceso. El equipo agradece a Martin Raiser, Etienne Raffi Kechichian, Svetlana Edmeades, Marianne Fay y Catalina Ramirez por sus comentarios y sugerencias como revisores. El equipo también agradece a los equipos técnicos de varias entidades del Gobierno de Uruguay. Pues, este documento fue elaborado en colaboración con un grupo técnico integrado por representantes de la Secretaria Nacional de Ambiente, Agua y Cambio Climático (SNAACC), Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente (MVOTMA) y el Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca (MGAP). 5 RESUMEN EJECUTIVO La cuenca del río Santa Lucía es uno de los sistemas fluviales más importantes de Uruguay, por sus características ecológicas, su ubicación y sus diversas funciones. Entre otras características, es la fuente de agua potable que abastece a más de la mitad de la población nacional, incluyendo al área metropolitana de Montevideo y ciudades próximas, además de ser una fuente de agua de riego para la zona de actividad agroindustrial más intensa del país. Debido a la importancia de esta cuenca, el Gobierno de Uruguay, a través de la Secretaría Nacional de Ambiente, Agua y Cambio Climático (SNAACC), el Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente (MVOTMA), y el Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca (MGAP), entre otros, ha realizado esfuerzos por determinar el estado ambiental de esta cuenca hidrográfica, evaluando los impactos a los que está sometida y tratando de estimar las respuestas que la cuenca puede dar en diferentes escenarios. Particularmente, la mejora de la calidad del agua ha sido el elemento central de estos esfuerzos, impulsado por un deterioro significativo en la calidad del agua de los cuerpos hídricos de la cuenca. Un hito clave fue un evento de eutrofización severa en 2013 que afectó el suministro del agua potable a los consumidores, estimulando a autoridades a implementar un Plan de Acción para la protección del ambiente y las fuentes de agua potable (Plan de Acción Protección de la Calidad Ambiental y la Disponibilidad de las Fuentes de Agua Potable en la Cuenca del río Santa Lucía). La complejidad del sistema de la cuenca del río Santa Lucía, asociado a las variaciones propias del ambiente (clima anual, ciclos climáticos, cambios en los sistemas productivos), y la coexistencia de usos de agua muy diversos, hace que la evaluación de la calidad del agua, así como la estimación de las respuestas a diferentes impactos, constituya un trabajo de largo plazo y de múltiples instituciones. En este contexto, el objetivo general de este estudio es fortalecer las iniciativas en curso en Uruguay para abordar el problema de contaminación del agua por nutrientes en la cuenca del río Santa Lucía, promoviendo la consolidación y sostenibilidad de herramientas de apoyo a la toma de decisiones relevantes al desempeño ambiental de la cuenca y aprendiendo de experiencias internacionales en modelaje de la gestión de nutrientes en cuencas hidrográficas. Metodológicamente, las actividades desarrolladas en el marco de este estudio requirieron el diálogo y colaboración continua entre el equipo técnico del Banco Mundial y varios equipos técnicos institucionales del Gobierno de Uruguay. Específicamente, este estudio permitió la creación de capacidades institucionales en el país para el desarrollo de herramientas cuantitativas para apoyar la toma de decisiones en cuanto a la gestión de nutrientes en la cuenca del río Santa Lucía, y el lanzamiento de la implementación de una de estas herramientas. También se generó una hoja de ruta integral para el proceso de protección de la calidad ambiental y así continuar con este esfuerzo mas alla del plazo de esta asistencia. En este sentido, el objetivo de esta hoja de ruta es de sentar las bases en Uruguay para una actividad continua de gestión de actividades de modelaje y fuentes de datos de calidad de agua que sea integrada - combinando modelos y datos “óptimamente” -, flexible - debe permitir realizar modificaciones varias sin causar interrupciones - y escalable - extendible a otras áreas del país -, como se ha acordado con las diferentes instituciones en el país. Dentro de esta hoja de ruta se incluyen acciones claramente definidas para la actualización del Plan de Acción (Plan 2G). El proceso a seguir para esta actualización es de alta prioridad para el Gobierno de Uruguay, y los resultados de este estudio serán insumos para el mismo. Las tareas relacionadas a la modelación de calidad de agua en la cuenca del río Santa Lucía se centraron en desarrollar una herramienta cuantitativa que genere información objetiva y trasparente para apoyar a la toma de decisiones en la cuenca por parte de las diferentes instancias gubernamentales. Para esto, se acordó y ejecutó un plan de trabajo para el desarrollo de un modelo de simulación de la calidad de agua en la cuenca del río Santa Lucía, que siguió los siguientes pasos: (i) conducir una revisión detallada del modelo desarrollado por la Dirección Nacional de Medio Ambiente (plataforma Aquatool), y las fuentes de datos utilizadas en dicho modelo; (ii) establecer un grupo de trabajo con la participación de equipos técnicos de las diferentes instituciones del Gobierno (SNAACC, MVOTMA, MGAP) y universidades, para definir una estrategia de modelaje de calidad de agua (nutrientes) que se pueda aplicar en la cuenca del río Santa Lucía a diferentes escalas temporales y espaciales, y que sea lo suficientemente flexible y escalable para extenderlo a otras cuencas en el país; (iii) aprender de experiencias internacionales en modelaje de la gestión de nutrientes en cuencas hidrográficas y analizar la factibilidad de incorporar fuentes de datos vía teledetección para variables de calidad de agua y su utilización en los modelos de simulación que puedan desarrollarse en el país. 6 Como resultado, se obtuvo una herramienta de modelación de calidad de agua para la cuenca del río Santa Lucía que es capaz de operar confiablemente, actuando como un pilar fundamental para la generación de información y el apoyo al proceso de actualización del plan de acción para mejorar la calidad de agua en la cuenca. Esta herramienta, a partir de insumos como datos de campo físicos, hidrológicos (caudales) y las cargas de contaminantes (provenientes de fuentes difusas y segregadas según subcuencas), en puntos definidos, estima los parámetros de calidad del agua en puntos de interés. Mediante el uso de datos de campo ya existentes, el modelo de la cuenca del río Santa Lucía fue ajustado para reproducir cómo opera la cuenca, resultando en una herramienta confiable y que tiene la capacidad de simular diferentes escenarios de uso de suelo y calidad del agua. Por último, la hoja de ruta incluye recomendaciones para el desarrollo de una estrategia de modelaje de nutrientes en la cuenca río Santa Lucía a corto (6 meses) y mediano plazo (2 años), para contribuir así a una mejor comprensión de las fuentes de nutrientes y ayudar a las diferentes instancias del Gobierno de Uruguay a identificar las herramientas y estrategias apropiadas para proporcionar la información necesaria para apoyar la toma de decisiones con respecto a la focalización y el monitoreo de las medidas de mitigación de impactos a la calidad de agua en la cuenca. Se constituye de varios componentes (algunos ya han comenzado a ser implementados durante la asistencia técnica): recomendaciones generales de manejo de datos y estructura de trabajo, una hoja de ruta para la elaboración del Plan 2G, una hoja de ruta para la modelación de calidad de agua en la cuenca, y consideraciones adicionales para apoyar la sostenibilidad en la herramienta de modelación en la toma de decisiones de calidad de aguas en la cuenca. La hoja de ruta referida a modelación de calidad de agua tiene como fin generar un sistema para el modelaje de calidad de agua que permitirá analizar las respuestas del sistema a diferentes acciones y condiciones en la cuenca tales como: identificar los impactos de las intervenciones en la cuenca; predecir desempeño ambiental de posibles emprendimientos para determinar su aprobación por parte de agencias reguladoras; seguimiento de implementación de medidas contenidas en el Plan de Acción para la cuenca, identificando mejores prácticas, definir límites de capacidad de respuesta de los cursos de agua en la cuenca; simular escenarios, por ejemplo, reducción de fuentes; impactos de cambios de infraestructura (gris y natural). A través de este estudio, se avanzó de forma significativa en el desarrollo de una estrategia exitosa de modelaje de calidad de agua en cuencas hidrográficas, y la hoja de ruta propuesta podrá favorecer que se siga avanzando en esta dirección. Aspectos importantes a considerar son la necesidad de identificar barreras en la implementación y sostenibilidad de este esfuerzo en la cuenca río Santa Lucía y otras cuencas hidrográficas en el país, institucionalizar el uso de la herramienta de modelación en las diferentes instancias de acción del Gobierno, lo que permitirá complementar los productos generados a través de estos estudios con entrenamiento, mantenimiento del modelo, actualizaciones del software y los datos, e incorporar la actividad de planificación continua al operativo de las instituciones en Uruguay involucradas en el mejoramiento de calidad de agua en la cuenca del río Santa Lucía. 7 EXECUTIVE SUMMARY (ENGLISH VERSION) The Santa Lucia River basin is one of the most important river systems in Uruguay, due to its ecological features, its location and its diverse uses. Among other traits, it is the source that supplies drinking water to more than half of the national population, including the metropolitan area of Montevideo and nearby cities, as well as being an irrigation source for the most water-intensive agroindustry area in the country. Due to the importance of this basin, the Government of Uruguay, through the National Secretariat of Environment, Water and Climate Change (SNAACC), the Ministry of Housing, Territorial Planning and Environment (MVOTMA), and the Ministry of Livestock, Agriculture and Fisheries (MGAP), among others, has underwent efforts to determine the watershed’s environmental condition, evaluating the environmental impacts already occurring in the basin, and advancing on the estimation of the responses that the basin could give under different scenarios. Particularly, the improvement of water quality has been at the core of these efforts, driven by a significant deterioration of the water quality of the basin’s waterways. In 2013, a severe eutrophication event affected the provision of drinking water to consumers, driving authorities to implement an Action Plan for the protection of the environment and drinking water sources (Action Plan for the Protection of Environmental Quality and Availability of Drinking Water Sources in the Santa Lucia River Basin). The complexity of the Santa Lucia River basin system is associated with environmental variability (annual climate, climatic cycles, changes in production systems) and the coexistence of very diverse water uses. This complexity requires that water quality assessment, as well as the study of system’s response to different impacts, to be based on a long-term vision and on a multi-institutional approach. In this context, the general objective of this study is to strengthen ongoing initiatives in Uruguay to address the problem of water pollution by nutrients in the Santa Lucia River basin, by promoting the consolidation and the sustainability of decision support tools relevant to the basin’s environmental performance, and by learning from international experiences in nutrient management modeling at the watershed scale. Methodologically, the activities developed as part of this study were founded on dialogue and collaboration between the technical team of the World Bank and several institutional technical teams of the Government of Uruguay. Specifically, this study contributed to the creation of institutional capacities in the country for the development of quantitative tools to support nutrient management decision-making in the Santa Lucia River basin, and the initiation of the implementation of one of these tools. Additionally, this study involved the creation of a comprehensive roadmap for environmental quality protection, in order to promote further progress beyond the technical assistance timeframe. The roadmap’s ultimate goal is to lay the foundations to ensure the continuity of a management framework that involves modeling activities and water quality data sources in Uruguay. This framework should be: integrative – combining optimally models and data -, flexible - allowing a wide variety of modifications without causing disruptions - and scalable - extendible to other areas of the country -, as has been agreed with several institutions in the country. This roadmap also includes specific actions for the update of the Action Plan ( 2G Plan), which is a high priority for the Government of Uruguay. The results emerged from this study will serve as inputs to the 2G Plan. The tasks related to water quality modeling in the Santa Lucia River basin focused on developing a quantitative tool that generates objective and transparent information to support decision making in the basin by the different government agencies. For this, a work plan for the development of a simulation model of water quality in the Santa Lucia river basin was convened and executed, which followed the following steps: (i) conduct a detailed review of the modelling tools used by the National Directorate of the Environment (Aquatool platform) and their datasets; (ii) create a working group with the participation of technical teams from different government institutions (SNAACC, MVOTMA, MGAP) and universities, to design a water quality modeling strategy (nutrients) for the Santa Lucia River basin that could operate at different temporal and spatial scales, and that could be flexible and scalable enough to extend it to other basins in the country; (iii) learn from international experiences in nutrient management modeling at the watershed level and analyze the feasibility of incorporating remote sensing as a water quality data source for simulation models that could potentially be developed in the country. 8 As a result, a reliable water quality modeling tool was obtained for the Santa Lucia River, being cornerstone for the generation of information and for the support of the Action Plan updating process to improve the water quality in the basin. This tool, fed with inputs such as physical, hydrological (flows) and pollutant loads (from diffuse sources and segregated by sub-basins) field data, at entry data points, estimates water quality levels at points of interest. By using already available field data, the model of the Santa Lucia River basin was adjusted to reproduce how the system operates, resulting in a tool that can reliably simulate different scenarios of land use and water quality. Finally, the roadmap includes recommendations for the development of a nutrient modeling strategy in the Santa Lucia River basin in the short (6 months) and medium term (2 years). This roadmap aims to contribute to a better understanding on nutrients sources and to help Uruguay’s government agencies identify the appropriate tools and strategies to provide the necessary information to support decision-making regarding the prioritization and monitoring of actions to mitigate impacts on watershed’s water quality. The roadmap consists of several components (some of which were initiated during the technical assistance): recommendations on data management and work structure, a roadmap for the elaboration of the 2G Plan, a roadmap for water quality modeling of the watershed, and additional insights to support the sustainability of the modeling tool for water quality decision-making at the watershed level. Regarding the roadmap for water quality modelling, its purpose is to generate a system for water quality modeling that will enable the analysis of the system’s responses to different actions and conditions in the basin such as: identify the impacts of interventions within the basin; predict environmental performance of potential initiatives to evaluate their approval by regulatory agencies; monitor the implementation of the Action Plan’s individual measures, identify best practices, and determine the response capacity of the basin’s water bodies; simulate scenarios, for example, pollutant load reduction, and changes in infrastructure (gray and natural). Through this study, noteworthy progress was made on the development of a strategy for water quality modeling in watersheds, and the proposed roadmap promotes further progress in this direction. Important aspects to consider are the need to identify barriers in the implementation and the continuity of this effort in the Santa Lucia River basin and in other watersheds in the country, and to deploy the use of the modeling tool at different government action levels. In this way, the achievements of this technical assistance will be sustained and improved through training, model’s maintenance, software and data updates, and through the incorporation of an adaptive planning approach to the operations of the institutions in Uruguay involved in the improvement of water quality in the Santa Lucia River basin. 9 1. INTRODUCCIÓN La cuenca del río Santa Lucía (RSL) tiene una extensión de 13310 km2 aproximadamente y cubre el 8 por ciento de la superficie total del país. El río Santa Lucía es el principal curso de agua del sur del territorio uruguayo, con una longitud de aproximadamente 256 km, y su cuenca es la tercera en importancia territorial (Figura 1). Figura 1. Ubicación de la cuenca del río Santa Lucía (RSL) en relación a las tres regiones hidrográficas de Uruguay. (Fuente: MVOTMA, 2017) La cuenca RSL es un sistema complejo integrado por las subcuencas de los ríos Santa Lucía, Santa Lucía Chico, San José y sus afluentes. Constituyen uno de los sistemas fluviales más importantes del país por sus características ecológicas, su ubicación y su función. Entre otras características, es la fuente de agua potable para más de la mitad de la población nacional, incluyendo al área metropolitana de Montevideo y ciudades próximas, además de ser una fuente de agua de riego para una de las zonas de actividad agroindustrial más intensa del país. Debido a la importancia de esta cuenca, el gobierno de Uruguay, a través de la Secretaría Nacional de Ambiente, Agua y Cambio Climático (SNAACC), el Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente (MVOTMA), y el Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca (MGAP), entre otros, ha realizado esfuerzos por determinar el estado ambiental de la cuenca hidrográfica, evaluando los impactos a los que está sometido y tratando de estimar las respuestas que el sistema puede dar en diferentes escenarios. La complejidad de este sistema, asociado a las variaciones propias del ambiente (clima anual, ciclos climáticos, cambios en los sistemas productivos), hace que la 10 evaluación de la calidad del agua, así como la estimación de las respuestas a diferentes impactos, constituya un trabajo de largo plazo y de múltiples instituciones. Durante el período 2004-2011, la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) colaboró con la Dirección Nacional de Medio Ambiente (DINAMA) del MVOTMA mediante el desarrollo de dos grandes programas de evaluación integral de la cuenca del río Santa Lucía (RSL). El primero de ellos (2004-2007), consistió en el diagnóstico de las condiciones logísticas, administrativas y técnicas para el desarrollo de un programa de monitoreo, así como una primera evaluación de la calidad del agua mediante el estudio de los principales ríos. En base a los primeros resultados alcanzados, surgió el segundo programa (2008-2011), que mostró resultados referidos a los aportes puntuales y difusos de contaminantes de diferente tipo que afectan la calidad del agua de la cuenca RSL. De este programa surgió en 2011 un nuevo diseño de monitoreo (o rediseño) que se lleva adelante desde entonces y que se ha mantenido hasta la fecha, lo que permite evaluar en el largo plazo cual es la calidad del agua en la cuenca. A partir de junio de 2013, el MVOTMA pone en práctica un “Plan de acción para la protección de la calidad ambiental y la disponibilidad de las fuentes de agua potable”. Este plan define dos zonas en la cuenca (Figura 2) que ordenan las prioridades para su gestión, a efectos de adoptar las medidas tendientes a alcanzar los objetivos de calidad de aguas que se establecen para cada una. En la “Zona A”, el objetivo de calidad de agua preponderante es con fines de abastecimiento de agua potable. En la “Zona B”, el objetivo de calidad de agua está orientado a la conservación de la flora y fauna hídrica. Figura 2. Zonificación definida para la gestión de la cuenca RSL. (Fuente: MVOTMA, 2013) En marzo de 2013, la proliferación de algas y la eutrofización resultante en el embalse de Paso Severino afectaron el sabor y el olor del agua suministrada por la empresa de Obras Sanitarias del Estado (OSE) al 70 por ciento de la población del país. Este hecho suscitó preocupación a nivel nacional, con la suposición generalizada de que la contaminación por las actividades agrícolas debe ser la principal fuente de nutrientes (nitrógeno y fósforo) para los cuerpos de agua contaminados. Esto condujo a una moratoria temporal para nuevos emprendimientos productivos en la cuenca. Existen una variedad de informes que confirman la existencia de altas concentraciones de fósforo en cursos de agua y embalses en la cuenca. Por ejemplo, el Fósforo Total de los embalses Paso Severino y Canelón Grande ha sido 11 medido muy por encima del límite legal actual de 25 µg/L (Decreto 253/79, Uruguay, PE, 1979) tal como lo muestra la Figura 3. El fósforo total en los cursos de agua superficiales a lo largo de la cuenca se ha medido en el rango de 20-1100 µg/L, con concentraciones elevadas en la mayoría de los cursos de agua, excepto en las regiones donde la actividad de producción lechera está ausente. A pesar de la disponibilidad de una cantidad razonable de datos sobre la calidad del agua superficial, no hay suficiente información o herramientas de modelaje para proporcionar una estimación razonablemente precisa de la contribución de las diversas fuentes de nutrientes a las causas de la eutrofización en la cuenca. Figura 3. Rango de variación en la concentración de Fósforo Total en mg/l en el embalse Paso Severino durante 10 años de muestreo (2005-2014). (Fuente: MVOTMA, 2015) El objetivo general de este estudio es fortalecer las iniciativas en curso en Uruguay para abordar el problema de contaminación de nutrientes en la cuenca RSL, compartiendo experiencias internacionales en modelaje de la gestión de nutrientes en cuencas hidrográficas. Específicamente, este estudio provee recomendaciones para el desarrollo de una estrategia de modelaje de nutrientes en la cuenca RSL a corto (6 meses) y mediano plazo (2 años). Dicha estrategia tiene dos objetivos principales: contribuir a una mejor comprensión de las fuentes de nutrientes, y ayudar a las diferentes instancias del gobierno de Uruguay en la toma de decisiones con respecto a la focalización y el monitoreo de las medidas de mitigación de impactos a la calidad de agua en la cuenca. Respecto al segundo, este trabajo apoya la identificación de las herramientas y estrategias apropiadas para proporcionar la información necesaria para la toma de decisiones. Adicionalmente, esta actividad de modelaje contribuirá con el actual trabajo del MGAP en el desarrollo de cuentas ambientales (actualmente para suelo), incorporando información cuantitativa acerca de la calidad del agua superficial. Además de esto, este estudio incluye la elaboración de una hoja de ruta para la actualización del Plan de Acción para la Protección de la Calidad Ambiental en la Cuenca RSL. El proceso a seguir para esta actualización es de alta prioridad para el gobierno de Uruguay, y los resultados de este estudio serán insumos para el mismo. Este estudio se enmarca en una variedad de iniciativas en curso para abordar el problema, especialmente el Plan de Acción para la Cuenca dirigido por el MVOTMA, el desarrollo de un modelo cuantitativo de pérdida de fósforo de suelos agrícolas por el MGAP y el Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (INIA), el desarrollo de un modelo de calidad de agua por la DINAMA del MVOTMA con apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo (BID), y la reciente convocatoria de propuestas para financiar tecnologías de manejo de nutrientes para pequeños y medianos productores de leche en un área piloto dentro de la cuenca de Santa Lucía bajo el proyecto Desarrollo y Adaptación 12 al Cambio Climático (DACC). Este informe es el resultado de una consultoría que se realiza en el marco de la Asistencia Técnica para Uruguay dentro del programa de Crecimiento Verde del Banco Mundial. 2. SÍNTESIS DE CALIDAD DE AGUA EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA La calidad del agua se refiere a las condiciones en que se encuentra el agua respecto a características físicas, químicas y biológicas en su estado natural. Su ciclo natural tiene una capacidad de regeneración, pero esta misma capacidad la predispone a ser modificada o alteradas sus condiciones físicas (olor, color, sabor, temperatura, materiales en suspensión, conductividad), químicas (pH, oxígeno disuelto, materia orgánica, DBO5, concentración de nitrógeno, fósforo, compuestos orgánicos) y/o alteraciones biológicas (bacterias coliformes, virus, restos vegetales o animales, otros microorganismos y biota acuática). En el caso de la cuenca RSL, la distribución espacial de diversas actividades productivas que resultan en fuentes potenciales de contaminación, presentan una situación de riesgo para la calidad de agua en las diferentes partes de la cuenca (Figura 4). La siguiente síntesis se enfoca en el problema de calidad de agua causado por nutrientes en la cuenca RSL. Figura 4. Productores lecheros en la cuenca RSL. VM: vaca masa (Fuente: MGAP, 2017) 2.1. SÍNTESIS DE LAS CONDICIONES DE CALIDAD DE AGUA (NUTR IENTES) EN LA CUENCA Estudios llevados a cabo para la evaluación de la calidad del agua en la cuenca RSL evidencian que se desarrollan actividades que suponen importantes aportes de materia orgánica (medida como demanda bioquímica de oxígeno, o DBO5) y nutrientes (nitrógeno y fósforo, principalmente). Tras décadas de intensa actividad y de productividad en 13 aumento, el RSL y sus tributarios muestran signos de deterioro ambiental, tanto en el suelo como en el agua: altos niveles de erosión (pérdida de la cobertura de suelo superficial), pérdida de vegetación riparia (ausencia o sustitución de pajonales o montes ribereños por cultivos), vertidos directos a cunetas o zanjas en centros urbanos o emprendimientos agropecuarios, vertidos de efluentes industriales que aun con tratamiento, suponen un aumento a la carga de nutrientes de los afluentes. Estas situaciones son causa, directa o indirectamente, de un deterioro de la calidad del agua, evidenciado además en eventos de floraciones de cianobacterias y los impactos sobre las características físicas del agua (como son color, olor, sabor) que ello conlleva. El estudio de JICA-DINAMA (2011) estimó que la principal causa de aportes de materia orgánica y nutrientes al agua se debe a fuentes difusas (80 %), derivadas de actividades agrícolas y ganaderas-lecheras. En base a la información recopilada, se elaboraron mapas estimando el porcentaje de aportes de Fósforo Total y DBO5 desde fuentes puntuales y difusas (Figura 5). Figura 5. Porcentajes de aportes puntuales y difusos de Fósforo Total distribuido por microcuencas en la cuenca RSL. Esta representación evidencia que los aportes puntuales de Fósforo más importantes están asociados a las microcuencas que contienen a las ciudades capitales como Florida, San José, Canelones y Santa Lucía, y el área metropolitana de Las Piedras, La Paz y Progreso al sur de la cuenca. Mientras tanto, los mayores aportes difusos de Fósforo están asociados a las zonas altas y medias de las cuencas donde se realiza la actividad agropecuaria principalmente. La excesiva fertilización con nutrientes (principalmente fósforo y nitrógeno) puede desencadenar fenómenos de eutrofización en los ecosistemas acuáticos, de modo que la concentración de estos nutrientes, la concentración de clorofila y la transparencia del agua se utilizan como indicadores de calidad de agua. El vertido de efluentes urbanos, industriales y agrícolas sumado a la intensificación del uso del suelo son las principales fuentes de nutrientes y otros contaminantes sobre los cuerpos de agua. 14 2.2. RESULTADOS DE CALIDAD DE AGUA (NUTRIENTES) EN LA CUENCA DINAMA realiza el monitoreo de la calidad del agua superficial de los principales ríos de la cuenca RSL desde finales de 2004. Entre 2005-2010 se trabajó en colaboración con JICA y el apoyo logístico de las intendencias departamentales de la cuenca (Lavalleja, Florida, San José y Canelones). Los resultados de este trabajo están disponibles en el informe de JICA-MVOTMA (2011). Desde 2011 el programa rediseñado, es llevado adelante por DINAMA. También se han realizado estudios paralelos, mediante convenio con la Universidad de la República (Arocena et al. 2008), y estudios de otras instituciones como Intendencia de Canelones (PEDCA30), Intendencia de Florida (Proyecto Florida Sustentable) y la Universidad de la República mediante trabajos de grado, postgrado y pasantías. Los resultados del programa de monitoreo de calidad de agua en la cuenca RSL (2005-presente) denotan el cumplimiento de los estándares de calidad de agua con una frecuencia mayor al 90% en casi todas las subcuencas. Las excepciones han sido las subcuencas del Arroyo Canelones (subcuenca 63 en la Figura 2) y la del Arroyo Colorado (subcuenca 67 en la Figura 2), ambas con fuerte presión industrial y urbana. El Fósforo Total fue el parámetro que registró la menor frecuencia en el cumplimiento del estándar de calidad, asociado al aporte de origen difuso desde la cuenca hidrográfica y aportes puntuales en las subcuencas del Arroyo Canelones y del Arroyo Colorado. El resto de las variables consideradas y reguladas se encuentran dentro de los límites establecidos en la normativa (Decreto 253/79). En la zona identificada como A en el plan de acción de protección de la cuenca, la subcuenca del río Santa Lucia (subcuenca 60 en la Figura 2) registró los mayores niveles de cumplimiento de los estándares, mientras que la subcuenca del Arroyo Canelones, presentó los menores. En la zona identificada como B, la subcuenca del Arroyo Colorado presentó un alto grado de incumplimiento de los estándares. El informe del estado del ambiente (DINAMA, 2013) sostiene que las principales fuentes de Fósforo que llega al agua son el vertido de detergentes y sustancias fosforadas de aguas residuales industriales, agrícolas, ganaderas y urbanas. El exceso de Fósforo en agua contribuye al fenómeno de eutrofización y la consiguiente pérdida de la calidad del agua para diversos usos. Específicamente en esta cuenca, el informe menciona que próximo a la desembocadura del RSL, la concentración de nutrientes es elevada debido a fuentes de contaminación de origen agrícola y de aguas residuales domésticas, mientras que los embalses de Paso Severino y Canelón Grande presentan elevadas concentraciones de nutrientes y son clasificados como hipereutróficos (Arocena et al., 2008). Por otro lado, DINAMA monitorea para esta región los embalses Paso Severino y Canelón Grande (desde 2011) y los ríos Santa Lucía, Santa Lucía Chico, San José y Arroyos Canelón Chico y Canelón Grande. Todos los puntos monitoreados presentan niveles por encima del umbral de Fósforo Total que establece el Decreto 253/79 (0,025 mg/l) en gran parte de los datos registrados. La clasificación de la calidad del agua es variable según los años y los tramos de los ríos, identificándose subcuencas con mayor grado de afectación de la calidad del agua, tal como se muestra en el estudio de diez años de monitoreo (DINAMA, 2015). El mapa del estado trófico determinado para 2014 muestra que las subcuencas de los arroyos Canelón Grande y Canelón Chico, conjuntamente con la del arroyo Colorado y Las Piedras son las más afectadas (Figura 6). 15 Figura 6. Determinación del estado trófico de los cursos de agua en base al contenido de Fósforo Total en la cuenca RSL para 2014. IET PT: Índice de Estado Trófico respecto a niveles de Fósforo Total (Fuente: DINAMA, 2015) Un análisis reciente (DINAMA, 2017) indica que las subcuencas monitoreadas en la cuenca RSL presentan valores de Fósforo muy superiores a la normativa existente. La Figura 7 muestra los resultados de este análisis para la subcuenca Santa Lucía Chico, la cual desemboca en el embalse Paso Severino. Estos resultados son característicos de fuentes difusas de contaminación, alimentando los cursos de los ríos y los embalses en la cuenca. Con respecto al Nitrógeno, el nitrato es un compuesto de la oxidación completa de este nutriente y es usado por plantas acuáticas y microalgas para su crecimiento, el origen es de fuente externas a los cuerpos de agua como aguas residuales, agrícolas, ganaderas, urbanas o mineras. Los umbrales deben ser iguales o menores a 10 mg N-NO3/l (clase 3, Decreto 253/79) (DINAMA, 2013). En el embalse de Paso Severino y solo para el año 2009 DINAMA (2013) monitoreó valores por encima del umbral. Un estimado de fuentes y porcentajes de aporte de nutrientes en la cuenca RSL se muestra en la Figura 8. Los resultados del análisis de DINAMA (2017) se incluyen en el Anexo A. 16 Figura 7. Resultados de mediciones de Fósforo Total en la subcuenca de Santa Lucía Chico: en puntos a lo largo del rio (panel superior) y en el embalse (panel inferior). (Fuente: DINAMA, 2017) 17 Figura 8. Estimación de la distribución de fuentes de contaminación por nutrientes en la cuenca RSL: Nitrógeno Total (panel superior) y Fósforo Total (panel inferior). (Fuente: DINAMA, 2017) 18 3. ESTRATEGIA PROPUESTA PARA EL MODELAJE DE CALIDAD DE AGUA EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA 3.1. CREACIONES DE GRUPOS DE TRABAJO PARA EL MODELAJE DE NUTRIENTES EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA Durante la primera misión a Uruguay para iniciar este estudio (20-24 de febrero 2017), se realizó una visita de campo aérea a la cuenca del RSL a fin de obtener una visión generalizada del área de la cuenca y de las diferentes actividades y correspondientes usos de la tierra en la misma. Durante esta misión, se llevó a cabo una serie de reuniones con diferentes actores e instituciones en el país con experiencia y experticia en datos y modelos de simulación de calidad de agua, y específicamente nutrientes. En estas reuniones participaron la SNAACC, el MVOTMA (a través de la Dirección Nacional de Aguas -DINAGUA- y la Dirección Nacional de Medio Ambiente -DINAMA-), el MGAP, OSE y personal académico de universidades nacionales. Merece mencionar específicamente que estas reuniones incluyeron un primer taller de intercambio que se llevó a cabo el día 21 de febrero, con un enfoque en la experiencia en modelaje existente en el país. Un segundo taller de intercambio se realizó el día 23 de febrero en la que se presentó para discusión una síntesis de posibles maneras de abordar una estrategia de modelaje de nutrientes en la cuenca del RSL que sea útil para apoyar la toma de decisiones en la diversidad de instituciones nacionales involucradas en la cuenca, y que al mismo tiempo se amplíe a otras cuencas en el país. Adicionalmente, en este segundo taller se discutió la factibilidad de utilizar fuentes de datos de calidad de agua vía teledetección, y de utilizar estos datos en conjunto con los datos medidos en terreno para desarrollar, calibrar y validad los modelos de calidad de agua. Como pasos siguientes en esta actividad, se acordó definir un plan de trabajo para el desarrollo de un modelo de calidad de agua en la cuenca del RSL, que contemplara los siguientes aspectos: (i) conducir una revisión detallada del modelo actualmente siendo desarrollado por DINAMA (plataforma Aquatool), y las fuentes de datos utilizadas en este modelo actualmente; (ii) establecer un grupo de trabajo con la participación de personal de las diferentes instituciones del gobierno (SNAACC, MVOTMA, MGAP) y universidades, para definir una estrategia de modelaje de calidad de agua (nutrientes) que se pueda aplicar en la cuenca del RSL a diferentes escalas temporales y espaciales, y que sea lo suficientemente flexible y escalable para extenderlo a otras cuencas en el país; (iii) analizar la factibilidad de incorporar fuentes de datos vía teledetección para variables de calidad de agua y su utilización en los modelos de simulación que puedan desarrollarse en el país. Como seguimiento a las discusiones sostenidas, se establecieron dos grupos de trabajo para acometer dos objetivos específicos de esta actividad: (1) Desarrollo (a corto plazo) de un modelo a nivel de planificación/gestión de nutrientes en la cuenca RSL. (2) Desarrollo (en el mismo plazo) de una estrategia más amplia de modelaje, que pueda cubrir otros tipos de problema de calidad de agua en la cuenca RSL y que sea extendible al resto de las cuencas del país (estrategia que sea ejecutable post-estudio). Los grupos de trabajo quedaron estructurados de la manera siguiente: • Grupo 1 - enfocado/reducido, compuesto por 1-2 personas de cada una de las siguientes instituciones: MVOTMA/DINAMA, MVOTMA/DINAGUA, MGAP, además del consultor del equipo del Banco Mundial: La tarea de este grupo es particularmente ejecutar el objetivo (1). Involucra reuniones de discusión centrada en el desarrollo del modelo en desarrollo actualmente (plataforma Aquatool), revisión de datos de entrada al modelo, datos de calibración, validación para comparar resultados, y teleconferencias periódicas del grupo. • Grupo 2 – ampliado, que contenga personal de DINAMA, DINAGUA y MGAP, más otras instituciones (SNAACC, universidades, INIA, etc.), cuyo rol sería servir de apoyo a los objetivos (1) y (2): La tarea de este grupo es participar en al menos 2 reuniones de formulación de estrategia (una primera reunión se realizó el 15 de Junio 2017; la segunda reunión se realizó en Diciembre 2017). 19 Después de consultas con las diferentes instituciones en el país, el Grupo 1 quedó constituido por: Alberto Baccino (DINAGUA), Fabiana Bianchi (SNAACC), Sebastián Bajsa (DINAMA), Fernando Díaz (DINAGUA), Florencia Hastings (MGAP), Pablo Kok (DINAMA), Bettina Miguez (MGAP), Verónica Piñero (SNAACC), Federico Quintans (DINAMA). El Grupo 2 quedó constituido (adicionalmente) por: Silvana Alcoz (DINAGUA), Mariana Gil (MGAP), Daniel Greif (DINAGUA), Marisol Mallo (DINAMA), Luis Reolon (DINAMA) más universidades y otras organizaciones. 3.2. ESTRATEGIA PARA EL MODELAJE DE NUTRIENTES EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA A partir de la segunda misión a Uruguay para este estudio (12-16 de junio 2017), se presentó una propuesta de estrategia para el desarrollo de herramientas de modelaje de calidad de agua en la cuenca RSL. Esta estrategia ha sido el producto de investigación de opciones, y discusiones sostenidas con el Grupo 1 y Grupo 2 durante el desarrollo de este estudio. La presentación de esta estrategia se incluye en el Anexo B, y se explica de manera más detallada a continuación. El objetivo principal de la estrategia propuesta para el modelaje de calidad de agua en la cuenca RSL es contar con una herramienta racional para apoyar a la toma de decisiones en la cuenca por parte de las diferentes instancias gubernamentales. Adicionalmente, este enfoque para la estrategia agrega un componente de objetividad y transparencia en dichas decisiones al estar basadas en principios científicos fundamentales. Contar con una herramienta (en realidad, un conjunto de herramientas) para el modelaje de calidad de agua permite analizar requerimientos u objetivos específicos en la cuenca tales como:  impactos de intervenciones en la cuenca: dónde, cuándo, cuánto, evaluación de la calidad ambiental;  nuevos emprendimientos: permisos, impactos;  seguimiento de implementación de medidas contenidas en el Plan de Acción para la cuenca: respaldo técnico, indicadores de “éxito”, mejores prácticas;  definir límites de capacidad de respuesta de los cursos de agua en la cuenca: qué, dónde, cuándo y cuánto;  simular escenarios, por ejemplo, reducción de fuentes (X porcentaje en T tiempo);  impactos de cambios de infraestructura (construida y natural). Tal como se discutió en la Sección 2, la situación actual en la cuenca RSL presenta riesgos de calidad de agua relativamente altos debido a la presencia de fuentes de contaminación potencial, y particularmente de nutrientes. Como se ilustra en la Figura 9, las fuentes potenciales de contaminación están presentes de una manera intensamente distribuida a lo largo de la cuenca, incluyendo cultivos agrícolas, establecimientos urbanos, entre otros. 20 Figura 9. Uso de la tierra en la cuenca RSL. (Fuente: MVOTMA, Sistema de Información Ambiental) El enfoque propuesto para esta estrategia de modelaje se basa en tres principios. En primer lugar, el conjunto de herramientas a ser desarrolladas para el modelaje de nutrientes en la cuenca RSL debe ser integrado, es decir, debe combinar modelos y datos de manera de aprovechar la información contenida en ambos de una manera “óptima”; esto requiere un proceso de aprendizaje y un compromiso con este enfoque a largo plazo. Como ejemplo de este primer principio, la Figura 10 muestra un mapa de elevación digital de terreno de la cuenca RSL, en el que se puede apreciar la topografía existente en la cuenca y la orientación geomorfológica que resulta en la dirección del flujo de agua. Esta información debe integrarse con la información espacial detallada del uso de la tierra mostrado en la Figura 9, para definir las trayectorias de transporte de carga contaminante desde posibles fuentes existentes en la cuenca. 21 Figura 10. Topografía en la cuenca RSL derivada del mapa de elevación digital. (Fuente: elaboración propia a partir del mapa de elevación digital de MGAP) En segundo lugar, el conjunto de herramientas de modelaje de nutrientes en la cuenca RSL debe ser flexible, es decir, debe permitir modificar, añadir, y reemplazar modelos, datos y otros componentes sin causar interrupciones en la utilización del mismo. Como ejemplo de este principio, la Figura 11 muestra las microcuencas delineadas a partir de la topografía en la cuenca RSL. Estas microcuencas sirven como insumo a modelos específicos de simulación, bien sea hidrológicos-hidráulicos para cantidad de agua, modelos de calidad de agua, modelos de producción agrícola, y otros tipos de modelos o herramientas analíticas. Actualizaciones en la el modelo de elevación digital (o en la topografía) deben ser incorporados al modelaje de calidad de agua en la cuenca RSL a medida que la información se haga disponible, para mantener la flexibilidad de dicho modelo(s) a nueva información. En tercer lugar, el conjunto de herramientas a ser desarrolladas para el modelaje de nutrientes en la cuenca RSL debe ser escalable, es decir, su aplicación debe ser extendible a otras áreas del país aprovechando la infraestructura de modelaje (conocimiento, software, etc.) desarrollada para esta cuenca. 22 Figura 11. Delineación de microcuencas a partir de la topografía mostrada en la Figura 10. (Fuente: elaboración propia) La Figura 12 muestra algunos tipos de impactos (problemas) y la necesidad de tener herramientas predictivas (modelos y datos) que funcionen a diversas escalas temporales (corto, mediano y largo plazo), para satisfacer diferentes ejemplos de problemas: respuesta a eventos, gestión ambiental, planificación, inversiones, cambio climático y otros. 23 Figura 12. Tipos de impactos y necesidades predictivas que resultan en la necesidad de tener un enfoque escalable de modelaje. (Fuente: elaboración propia) El enfoque de modelaje propuesto para calidad de agua en la cuenca RSL debe incluir estos tres principios estratégicos a fin de satisfacer no solo las necesidades actuales en la cuenca pero también anticipar problemas futuros en el RSL y otras cuencas del país. La Figura 13 muestra un ejemplo de cómo puede incluirse este enfoque estratégico en el Sistema de Información Ambiental existente para todo el territorio nacional. 24 Figura 13. Uso de la tierra y delineación de microcuencas en el Sistema de Información Ambiental. El conjunto de modelos de calidad de agua a ser desarrollados para la cuenca RSL debe poder integrarse con este sistema para ser integrado, flexible y escalable a nivel nacional. (Fuente: MVOTMA, Sistema de Información Ambiental) 4. REVISIÓN COMPARATIVA DE MODELOS DE CALIDAD DE AGUA PARA LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA 4.1. ESPECIFICACIONES NECESARIAS PARA EL MODELAJE DE CALIDAD DE AGUA Tomando en consideración la situación general de calidad de agua en la cuenca RSL descrita en la Sección 2, y la estrategia de modelaje propuesta en respuesta a esta situación propuesta en la Sección 3, se pueden definir algunas especificaciones necesarias para el modelaje de calidad de agua en la cuenca. Estas especificaciones cubren los siguientes aspectos:  Tipos de contaminantes que pueden ser simulados: agrícolas y pecuarios, particularmente nutrientes;  Habilidad para la simulación de medidas de control de la contaminación;  Interface del usuario (amigable);  Accesibilidad/costo, prefiriendo herramientas de acceso y fuente abierta [ open source/open access];  Disponibilidad de apoyo técnico, entrenamiento, existencia de una comunidad de usuarios;  Experiencia previa de utilización en Uruguay;  Compatibilidad con el enfoque estratégico (integrado, flexible, escalable) En la discusión que sigue se hace una revisión de algunos modelos de simulación de calidad de agua que son aplicables a la situación de la cuenca RSL con respecto a la contaminación por nutrientes. Del amplio universo de modelos de calidad de agua que existen en la literatura y en el mercado, se restringe la discusión a un número de modelos que satisfacen las especificaciones mencionadas. Se hace la distinción entre modelos de acuerdo a la escala temporal y espacial de aplicabilidad de los mismos. 25 De esta manera, se presentan a continuación algunos modelos de simulación de calidad de agua de acuerdo al siguiente esquema de clasificación:  Modelos de planificación: Aquatool, SWMM  Modelos de gestión ambiental (calidad de agua): Aquatool, SWAT, SWMM  Modelos distribuidos de alta resolución (para analizar eventos) 4.2. ACTIVIDADES DE MODELAJE EN MARCHA: MODELO AQUATOOL El modelo Aquatool (http://www.upv.es/aquatool) ha sido desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) como una suite integrada de modelos de simulación de cantidad y calidad de agua, y vínculos con otros modelos ambientales. Su utilización en Uruguay se origina a partir de una asistencia técnica proveída por el gobierno de España a través de la AECID en cooperación con el BID. Aquatool es un modelo de simulación de paso temporal mensual, lo cual lo hace aplicable para problemas de gestión ambiental y planificación (mediano y largo plazo). En el caso de la cuenca RSL, DINAMA ha venido desarrollando un modelo Aquatool para las cinco subcuencas que conforman la Zona A (ver Figura 14). Al momento de la preparación de este informe, se ha configurado el módulo de calidad de agua (GESCAL) de Aquatool para las subcuencas Arroyo Canelón y Río Santa Lucía (paneles 1 y 2 en la Figura 14). La Figura 15 muestra algunas de las características del panel 2. Figura 14. Utilización del modelo de calidad de agua en Aquatool para la cuenca RSL, por subcuencas. (Fuente: DINAMA, 2017) 26 Figura 15. Caracterización de la subcuenca denominada Río Santa Lucía para su modelaje en Aquatool. Cuenca Santa Lucía: Área 5173 Km2 38.4 % del total de la superficie del río Santa Lucia Largo del curso fluvial: 225 Km Existen datos de: caudal, DBO5, NT, PT 4 estaciones de aforo (indicadas en la figura) (Fuente: DINAMA, 2017) Este modelo Aquatool de calidad de agua ha sido alimentado por los resultados del modelo hidrológico-hidráulico (Temez) previamente desarrollado y calibrado por el MVOTMA a nivel nacional bajo el proyecto PLANAGUA. La Figura 16 muestra en más detalle la incorporación de los caudales y cargas contaminantes a lo largo de la subcuenca. Debido a que Aquatool es un modelo nodo-enlace (node-link), la distribución de cargas difusas debe aproximarse dividiendo dichas cargas espacialmente (flechas rojas en el panel inferior de la Figura 16) e introducirse en el modelo en los nodos (puntos rojos). Esto requiere de un preprocesamiento de la carga de contaminantes estimada para cargas difusas, lo cual es un proceso tedioso en el caso de cargas difusas de extensión intensa como es el caso en la cuenca RSL. Las cargas puntuales pueden introducirse directamente en los nodos de acuerdo a su ubicación. 27 Figura 16. Simulación de cargas contaminantes en Aquatool para la subcuenca Río Santa Lucía: en el panel superior se esquematiza los nodos (o puntos de cierre) ingresados en el modelo, y en el panel inferior se esquematizan las contribuciones de cargas difusas en cada nodo. (Fuente: elaboración propia) Los resultados de una simulación se muestran en la Figura 17 para las concentraciones de Fósforo Total y Nitrógeno Total para la subcuenca Arroyo Canelón. Como se puede observar en estos resultados, el modelo tiende a producir resultados en el rango de los datos observados para calidad de agua. Dado que los datos medidos tienen una frecuencia trimestral, los resultados del modelo son aceptables dentro de los estándares de práctica de modelaje de calidad de agua. En términos generales, lo que se espera de los modelos de calidad de agua es que los valores 28 simulados capturen el rango de valores medidos, más que los valores precisos de cada medición (esto particularmente debido a la relativa poca frecuencia de las mediciones). En este caso, los valores simulados con el modelo Aquatool cubren el rango de los valores medidos en campo, por lo que se estima que el modelo es adecuado para reproducir valores de calidad de agua en el rango de las mediciones en campo. Figura 17. Resultados del modelo Aquatool para Fósforo Total y Nitrógeno Total en la subcuenca Arroyo Canelón. 4.3. OTROS MODELOS A CONSIDERAR A fin de complementar adecuada y estratégicamente los esfuerzos de modelaje de calidad de agua en la cuenca RSL, de acuerdo con las especificaciones expuestas en la Sección 4.1, a continuación, se describen brevemente algunos ejemplos de modelos de simulación de calidad de agua que pueden emplearse en actividades futuras en la cuenca. 4.3.1. MODELO SWMM 29 El modelo SWMM fue desarrollado originalmente bajo los auspicios de la Agencia de Protección Ambiental estadounidense (EPA). Es un modelo hidrológico-hidráulico y de calidad de agua, muy parecido al Aquatool en su formulación matemática fundamental, pero ofrece algunas ventajas, entre ellas el de tener un paso temporal variable que puede incluso ser diario o subdiario (y ajustable de acuerdo al cálculo de la velocidad del flujo), lo que facilita su aplicación para análisis de problemas a corto, mediano y largo plazo (desde eventos, a gestión ambiental y hasta planificación). Además de esto, debido a la larga trayectoria de su desarrollo como software, alrededor de SWMM se ha creado una comunidad global de usuarios y se han generado una serie de módulos de pre- y post-procesamiento, lo cual facilita su utilización de una manera mucho más amigable. Tal como Aquatool, SWMM es un modelo diseñado particularmente para drenaje fluvial y urbano (formulación nodo-enlace), y por ello, su capacidad para simular fuentes difusas no es ideal. SWMM es de acceso y fuente abierta, y se encuentra disponible en varios sitios web, entre ellos (https://www.openswmm.org). La Figura 18 muestra la delineación automática en SWMM de microcuencas en la subcuenca Río Santa Lucía basada en el mapa de elevación digital para la cuenca RSL. Figura 18. Delineación de microcuencas en SWMM para la subcuenca Río Santa Lucía. Las zonas de color representan diferencias de caudal. En Uruguay, el modelo SWMM ha sido empleado en la Intendencia de Montevideo en el análisis de drenaje urbano en varios proyectos. La Figura 19 muestra un ejemplo de simulación en SWMM para la subcuenca Río Santa Lucía. La parte superior muestra el diagrama nodo-enlace en la subcuenca, y los paneles inferiores muestran los resultados de una simulación de largo plazo (15 años) utilizando un paso de simulación diario, utilizando datos hipotéticos de lluvia y de fuentes de contaminación. Los resultados se muestran para caudal, Nitrógeno Total y Fósforo Total. 30 Figura 19. Ejemplo de la aplicación del modelo SWMM para la subcuenca Río Santa Lucía. 4.3.2. MODELO SWAT-MODFLOW El modelo SWAT es un software de dominio público (fuente y acceso libre, disponible en su sitio web: http://swat.tamu.edu/) diseñado para simular el impacto de cambios de uso de la tierra a nivel de cuenca. A diferencia de Aquatool y SWMM, SWAT tiene una formulación matemática de balance de masa (hídrico y de contaminantes) calculado por unidad hidrológica (microcuenca) con paso temporal diario, lo cual lo hace una herramienta más apropiada para el cálculo de contaminación por fuentes difusas. Por otra parte, SWAT cuenta con una comunidad de usuarios extensa a nivel mundial, y se han desarrollado módulos para el cálculo de mejores prácticas de gestión 31 agrícolas, incorporación de prácticas ganaderas y otras aplicaciones de uso de la tierra. Otro desarrollo importante reciente, es su integración con el modelo de agua subterránea MODFLOW (SWAT-MODFLOW), con lo cual el modelo tiene la capacidad de simular efectos de contaminación en aguas superficiales y subterráneas. En Uruguay, el modelo SWAT se ha venido utilizando en varias instituciones como el MGAP, el INIA, y universidades. Así mismo, recientemente se han venido realizando talleres de capacitación en el país (mayo 2017, por ejemplo) y el INIA ha auspiciado un taller (el cual se llevó a cabo en agosto 2017) enfocado en el uso de SWAT con procesamiento de imágenes de teledetección para cantidad y calidad de agua. La Figura 20 muestra una esquematización de la delineación de subcuencas en la cuenca RSL realizada por el modelo SWAT. La Figura 21 muestra una simulación del modelo SWAT-MODFLOW para la cuenca RSL en su totalidad, incluyendo el agua subterránea (utilizando datos hipotéticos del acuífero subyacente, solo como ilustración). Figura 20. Delineación de subcuencas en la cuenca RSL utilizando el modelo SWAT. 32 Figura 21. Resultados de simulación del nivel freático de aguas subterráneas en la cuenca RSL utilizando el modelo integrado SWAT-MODFLOW: nivel freático de aguas subterráneas y malla numérica empleada en la simulación del agua subterránea (panel superior), y niveles freáticos integrados con el sistema de agua superficial de SWAT (panel inferior). 4.3.3. MODELOS DE ALTA DEFINICIÓN En esta categoría, se agrupan modelos que poseen la capacidad de realizar simulaciones de calidad de agua a escalas espaciales y temporales menores, a efectos de analizar problemas de contaminación a un mayor nivel de detalle. Algunos ejemplos de estos tipos de problemas son el nivel de contaminación de una lámina de agua sobre la 33 tierra durante eventos prolongados de inundación (bien sea por lluvia o por riego), los impactos de un evento rápido de contaminación (derrame) en un río, lago o embalse, o los efectos del arrastre de sedimentos en la geomorfología de cuencas. La cantidad y especificaciones de este tipo de modelos es muy variada. En Uruguay, se ha venido trabajando por ejemplo con modelos 3D (Delft3D/DWAQ) en la UDELAR, así como también otras aplicaciones en hidrodinámica de áreas costeras. La Figura 22 muestra una aplicación hipotética del modelo Delft3D/DWAQ a la subcuenca Río Santa Lucía. Para ilustrar las escalas temporales y espaciales de esta simulación, en este caso se utiliza una malla espacial en el rango de 1-300 metros y un paso temporal de 15 segundos. La Figura 23 muestra algunos resultados de la simulación para ilustrar el nivel de detalle espacial que puede obtenerse con este tipo de modelos. Figura 22. Configuración del modelo Delft3D para la subcuenca Río Santa Lucía. 34 Figura 23. Algunos resultados de una simulación en la subcuenca Río Santa Lucía con el modelo Delft3D. Panel superior: malla numérica de alta resolución. Panel central: cálculo de erosión en la base del cauce fluvial. Panel inferior: simulación de una fuente difusa y concentraciones en el cauce fluvial. 35 5. ACTUALIZACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN PARA LA PROTECCIÓN AMBIENTAL EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA (PLAN 2G) Esta sección documenta los resultados dos misiones de trabajo realizadas para este estudio durante las fechas 14-18 de Agosto y 11-13 de Diciembre 2017, y actividades subsiguientes dedicadas a la actualización del Plan de Acción para la cuenca RSL, co-liderado por el MVOTMA, la SNAACC y el MGAP; complementado con esfuerzos en el desarrollo de un modelo cuantitativo de pérdida de Fósforo en suelos liderado por el INIA, los esfuerzos de modelación hidrológica de DINAGUA con apoyo del BID, la aplicación del modelo de red hidráulica Aquatool por DINAMA y la reciente convocatoria realizada por el MGAP para recibir propuestas para financiar tecnologías y recomendaciones de manejo de nutrientes para pequeños y medianos productores de leche en una zona piloto dentro de la cuenca de Santa Lucía bajo el proyecto de DACC. En la Sección 3 de este informe, se documenta una estrategia general desarrollada con contrapartes en el país para construir progresivamente capacidades sobre modelos de simulación para la calidad del agua en la cuenca RSL. Esta estrategia recomienda una serie de herramientas de modelación, provee una guía para su desarrollo y aplicación en la cuenca RSL, y su uso para actualizar el plan de acción para la mejora de la calidad del agua que fue iniciado formalmente en al año 2013. El objetivo principal de esta actividad es apoyar al Gobierno de Uruguay en la actualización del Plan de Acción para Calidad de Agua en la Cuenca del Río Santa Lucía. En este sentido, esta misión de trabajo se focalizó en los siguientes objetivos específicos:  Desarrollo y aplicación del modelo de calidad de agua (plataforma Aquatool) en la cuenca RSL (ver Sección 4 de este informe)  Realizar consultas con las diferentes instituciones del Gobierno en relación a sus actividades en la cuenca  Apoyar en la definición y recomendaciones para un proceso para la actualización del plan de acción vigente (2013) Las secciones siguientes describen los resultados de esta misión en relación a esos objetivos. 5.1. CONSULTAS REALIZ ADAS P ARA LA ACTUALIZACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN Durante la misión, se realizaron consultas con instituciones gubernamentales que están ligadas a la actualización del Plan de Acción. Se destaca la importancia que el Plan de Acción actualizado incorpore y se encuentre coordinado con una serie de actividades llevadas a cabo por estas diferentes instituciones. La Tabla 1 resume las instituciones consultadas así como también las actividades que las mismas realizan en la cuenca y que deben considerarse y coordinarse en el Plan de Acción actualizado. Tabla 1. Consultas realizadas para la actualización del Plan de Acción. Institución Actividades en la Cuenca RSL SNAACC La secretaría está encargada de la coordinación general del proceso de actualización y promulgación del nuevo Plan de Acción. MVOTMA/DINAMA Elaboró un primer borrador de medidas de segunda generación para el mejoramiento de la calidad de agua en la cuenca (Plan 2G, siendo comentado por otras instituciones). MGAP Ha elaborado planes de uso y manejo de suelos, planes de lecherías sostenibles (PLS), y planes de agricultura regada. 36 OSE Ha elaborado diseños, planes de ingeniería y estimados de costos de inversión y operación en la Planta Aguas Corrientes, y el embalse de Casupá. MIEM1 Ha trabajado con empresas del sector privado en Programas de Producción más Limpia. Ha elaborado el programa de Cuenca Inteligente, y desarrollado sistemas de alerta temprana aplicables en la cuenca. MVOTMA/DINAGUA Ha empezado el proceso de actualización de la modelación hidrológica en la cuenca. Durante el proceso de actualización del Plan de Acción, es importante documentar cada una de las actividades mencionada en esta tabla, así como también incorporar otras instituciones, otras actividades y coordinarlas con las medidas contenidas en dicho plan actualizado. Por ello, se hace necesario que el “Plan 2G” sea producido como una colaboración de estas instituciones e incorporando estas actividades a fin de contar con un plan que contenga y coordine los objetivos de las diferentes instituciones participantes. 5.2. PROCESO DE ACTUALIZACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN La actualización del Plan de Acción para la Protección Ambiental en la Cuenca RSL es un proceso ya en marcha, y en el cual ya se están articulando y coordinando las diferentes instituciones en el país mencionados en la Sección 3. Aquí se esboza una serie de recomendaciones de apoyo a este proceso de actualización, centrados en los siguientes aspectos:  Diálogo entre las diferentes instituciones para construir “escenarios” consensuados para acciones en la cuenca  Utilización de la estructura de grupos de trabajo de la actividad de modelación para apoyar este proceso de diálogo; de esta manera, conformar grupo(s) de trabajo del Sistema Nacional Ambiental (SNA) para construir escenarios posibles de acción contenidos en el Plan 2G.  El proceso de diálogo y las actividades de los grupos pueden hacerse a través de reuniones programadas y/o a través de taller(es) de consulta. 5.3. CONSTR UCCIÓN DE ESCENARIOS Es recomendable que el Plan 2G se estructure alrededor de posibles “escenarios” de acción futura en la cuenca RSL, de manera que el plan actualizado consista de metas a lograr, y que entonces las acciones propuestas conduzcan a dichas metas, y sean medibles en cuanto a su contribución al progreso hacia las mismas metas. Cada escenario consiste de un conjunto de acciones, y estas acciones se aglutinan en función de las metas contenidas en cada escenario. Los escenarios pueden ser construidos utilizando una serie de criterios entre los cuales se pueden destacar los siguientes:  Estableciendo objetivos de calidad de agua, e.g., PT en Paso Severino de 200 mg/l (2025); 150 mg/l (2030); 100 mg/l (2050)  Acciones de reducción y/o control de fuentes de contaminación, e.g., aplicación de medidas de reducción de fuentes, basándose en el estado actual y el análisis de tendencias de datos realizado por DINAMA.  Los objetivos de calidad de agua y acciones de reducción de fuentes deben ser combinados en “paquetes”, y especificados a nivel de subcuencas para ser efectivos.  El número de escenarios iniciales a ser contenidos en el Plan 2G debe ser manejable, preferiblemente entre 3-5. 1 Ministerio de Industria, Energía y Minería 37  Como estrategia comunicacional, estos escenarios deben tener “nombres” representativos, a modo de ejemplo, “LINEA BASE”, “Río Santa Lucía 2050”, “Verde”, “Ecológico”, “Paso Severino Limpio”, “Fertilización Inteligente”. En esencia, los escenarios son lugares comunes o puntos de encuentro para lograr el consenso necesario para la implementación de acciones efectivas de mejoras de calidad de agua en la cuenca RSL. 6. HOJA DE RUTA PARA EL PROCESO DE PROTECCIÓN DE LA CALIDAD AMBIENTAL EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA El desarrollo de herramientas cuantitativas (modelos y datos) para apoyar la toma de decisiones en cuanto a la gestión de nutrientes en la cuenca RSL es un proceso en marcha. Aquí se esboza una hoja de ruta propuesta para continuar con este esfuerzo, no como un ejercicio o fin en sí mismo, sino con el objetivo de sentar las bases en Uruguay para una actividad continua de gestión del modelaje y las fuentes de datos que sea integrada, flexible y escalable, como se ha acordado con las diferentes instituciones en el país, y se resume en este informe. Esta hoja de ruta se constituye de varios componentes, los cuales algunos ya ha sido comenzado a ser implementados al menos parcialmente: recomendaciones generales de manejo de datos y estructura de trabajo, hoja de ruta para la actualización del Plan de Acción de la cuenca del Rio Santa Lucia (Plan 2G), hoja de ruta para el modelación de calidad de agua en la cuenca y consideraciones adicionales para apoyar la sostenibilidad en la herramienta de modelación en la toma de decisiones de calidad de aguas en la cuenca. Algunos de estos componentes ya han sido comenzados a ser implementados, al menos parcialmente, y se detallan a continuación. 6.1. RECOMENDACIONES GENERALES Luego de un análisis de: (i) la problemática general de calidad de agua en la cuenca RSL; (ii) los datos de calidad de agua existentes a lo largo de la cuenca; (iii) las capacidades técnicas del personal de MVOTMA (DINAMA, DINAGUA, Dirección Nacional de Ordenamiento Territorial, DINOT), MGAP y SNAACC, complementado con el apoyo de expertos de universidades nacionales; (iv) un sondeo de las herramientas de modelaje y de fuentes de datos externas (teledetección) disponibles, se puede realizar una serie de recomendaciones generales para delinear una hoja de ruta de pasos y actividades a seguir en la mejora de las condiciones ambientales en dicha cuenca.  Continuidad de los objetivos y grupos de trabajo: Esta hoja de ruta propuesta se basa en una continuación de los objetivos descritos en la Sección 3.1 y de los grupos de trabajo (1 y 2) establecidos en la misma. Estos grupos de trabajo deben consolidarse y tener una estructura de funcionamiento que les permita abordar la responsabilidad de ejecutar las actividades que se definen en la Sección 6.2 y 6.3.  Estrategia de modelaje – corto plazo: completar el desarrollo del modelo de calidad de agua en la cuenca RSL en Aquatool, y utilizarlo para realizar un análisis del plan de acción existente en la cuenca. Esta actividad fue culminada en diciembre 2017, a través de un taller en Montevideo, el cual contó con la participación de las instituciones descritas en la Tabla 1.  Estrategia de modelaje – mediano plazo: aprovechar el esfuerzo en desarrollo del modelo Aquatool para la cuenca como herramienta cuantitativa de planificación, y complementar con un modelo más detallado de la cuenca en SWAT para afinar los detalles necesarios para la gestión ambiental de la cuenca y para la incorporación de mejores prácticas de manejo en las actividades agrícolas en la cuenca. Estos pueden complementarse con modelos de alta definición para el análisis de problemas puntuales, aprovechando la experticia que existe en las universidades e institutos de investigación del país.  Introducción del cálculo de cargas admisibles (TMDL): es importante para mejorar la calidad de agua en la cuenca el disponer de un proceso de gestión para racionalizar la reducción de fuentes de contaminación. Los modelos de calidad de agua (tanto el Aquatool como el SWAT y otros) pueden utilizarse para calcular las cargas admisibles y facilitar su proceso de introducción en la gestión ambiental en la cuenca RSL. 38  Utilización de datos de teledetección de calidad de agua: el surgimiento de productos de datos de calidad de agua emergentes tales como la teledetección, y en particular, la teledetección satelital, ofrecen un importante insumo potencial a la gestión ambiental en la cuenca. Es recomendable estudiar la factibilidad de esta fuente de datos para las necesidades de gestión existentes, y su utilización para una aplicación exploratoria en la cuenca RSL.  Integración al observatorio ambiental: es importante que las fuentes de datos y modelos de calidad de agua sean incorporados a las capacidades y herramientas georreferenciadas existentes en el observatorio ambiental que acaba de lanzarse en el país (https://www.dinama.gub.uy/oan/). Esto consolidaría la capacidad de las diferentes instituciones del país de ofrecer “servicios ambientales”, de manera similar a otros servicios existentes (por ejemplo, los servicios ofrecidos por el Instituto Uruguayo de Meteorología INUMET), y de una manera eficiente. 6.2. HOJA DE RUTA PAR A EL PLAN 2G La actualización del plan de acción puede llevarse a cabo de acuerdo al siguiente cronograma estimado y los hitos correspondientes.  Octubre 2017: Desarrollo del modelo de calidad de agua a escala de planificación (Aquatool); comienzo de diálogo para la construcción de escenarios. Nota: este hito ha sido completado satisfactoriamente, y ya existe un modelo de simulación de calidad de agua operativo en la plataforma Aquatool que cubre toda la cuenca RSL.  Diciembre 2017: Simulación de medidas de reducción de cargas contaminantes y análisis de resultados. Nota: este hito fue culminado durante la misión de trabajo de fechas 11-13 de diciembre 2017.  Diciembre 2017 – marzo 2018: Reuniones del grupo de trabajo para la construcción de escenarios iniciales (objetivos de calidad de agua y plazos) vía reuniones y/o taller; preparación de un borrador del Plan 2G. Nota: la primera reunión-taller fue llevada a cabo el día 13 de diciembre 2017. La agenda de este primer taller se muestra en el Anexo C.  Mayo 2018: Proceso de presentación del borrador del Plan 2G en ámbitos participativos y otros ámbitos (ej. municipios) y actualización del borrador de acuerdo a comentarios que resulten de estas consultas.  Junio 2018: Llevar a cabo el proceso de aprobación del Plan 2G. 6.3. HOJA DE RUTA PAR A LA ACTIVIDAD DE MODELAJE DE CALIDAD DE AGUA En base al análisis de la información de calidad de agua en la cuenca, los esfuerzos existentes en el país en material de modelaje de calidad de agua en la cuenca RSL, y de las discusiones detalladas sostenidas durante las dos misiones al país llevadas a cabo durante este año, se proponen los pasos siguientes; también se estiman los plazos estimados correspondientes a cada uno. (1) Desarrollo del modelo de calidad de agua a escala de planificación: esta actividad contempla la continuación del desarrollo del modelo de calidad de agua para la cuenca RSL en la plataforma Aquatool, ya descrito en la Sección 4.2. Es importante culminar este esfuerzo, ya que provee una herramienta de modelaje que cubre toda la cuenca y que permitirá abordar en el corto plazo el análisis de opciones de gestión para la calidad de agua en la misma. De acuerdo a lo expuesto anteriormente en las Secciones 6.1 y 6.2, esta actividad fue culminada en octubre 2017. 39 (2) Taller I – Cargas admisibles para calidad de agua en la cuenca: es importante definir indicadores de progreso en la mejora de la calidad de agua en la cuenca específicamente para nutrientes. Para esto, se recomienda la realización de un taller inter-institucional, planificado a fin de incluir a los diferentes actores involucrados en la cuenca. El producto de este taller es una recomendación inicial acerca de (i) indicador de calidad de agua a ser monitoreado; (ii) ubicación del monitoreo; (iii) frecuencia de monitoreo; y (iv) definición de una metodología para el cálculo de cargas admisibles en cuerpos de agua (ej. TMDL), con un énfasis en particular en la cuenca RSL. Otro producto de este taller es identificar cualquier aspecto del modelo desarrollado en la actividad (1) que deba ser modificado a fin de poder cuantificar (calcular) estos indicadores. Este taller debe llevarse a cabo para febrero 2018. (3) Simulación de las medidas del Plan de Acción de la Cuenca RSL: dado que el plan de acción existente en la cuenca data de 2013, y además está actualmente en un proceso de actualización (ver cronograma en la sección 6.2), existe una necesidad de analizar dicho plan con un modelo de calidad de agua. Para esto, se propone utilizar el modelo Aquatool ya desarrollado para la cuenca RSL. Esta actividad permitirá identificar los impactos relativos de las medidas contenidas en el plan de acción desde un punto cuantitativo, tal como se describe en el Anexo D, y teniendo como resultado los indicadores establecidos en la actividad (2) y una estimación de cargas admisibles a lo largo de la cuenca (TMDL). Se estima que esta actividad debe ser finalizada para abril 2018. (4) Taller II – Análisis de indicadores y conceptualización de medidas adicionales : Además de realizar simulaciones con el modelo Aquatool de las medidas contenidas en el plan de acción existente, esta hoja de ruta prevé la conceptualización y simulación de medidas adicionales, en consulta con las diferentes instituciones representadas en el Grupo 1 y Grupo 2 descritos en la Sección 3.1, y aquellos otros actores que hayan participado en el proceso de la actividad (2). El análisis de estas medidas debe ser realizado a través de reuniones periódicas y un taller de discusión de los resultados del análisis obtenido de la actividad (3) a fin de conceptualizar medidas adicionales a ser consideradas, particularmente con un énfasis en las cargas admisibles (TMDL) obtenidas del modelo. Adicionalmente, este taller permitirá determinar si existe la necesidad de actualizar o modificar los indicadores identificados en la actividad (2), y acordar cualquier ajuste correspondiente. Este taller debe llevarse a cabo en junio 2018. (5) Simulación de medidas adicionales: esta actividad contempla la simulación de medidas adicionales para la gestión de agua en la cuenca RSL que hayan sido identificadas en la actividad (4). Nuevamente, esta actividad permitirá identificar los impactos relativos de las medidas adicionales, teniendo como resultado los indicadores establecidos en la actividad (2) y actualizados en la actividad (4) si es el caso. Se estima que esta actividad debe ser finalizada para agosto 2018. (6) Taller III - Actualización y priorización de medidas para el plan de acción en la cuenca RSL: Este tercer taller tiene como objetivo exponer y socializar los resultados del análisis de las medidas para mejorar la calidad de agua en la cuenca RSL producto de la actividad (5), tanto las contenidas en el plan actual, como las adicionales que se propusieron en la actividad (4). El producto de este taller es obtener una serie de recomendaciones para ordenar y priorizar dichas medidas y darle estructura a la actualización del documento de plan de acción para la cuenca. Este taller debe llevarse a cabo en octubre 2018, seguido de la publicación del plan actualizado para conocimiento público. 6.4. TELEDETECCIÓN Y MODELO SWAT EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA Esta sección recoge actividades a ser desarrolladas que no están en la ruta crítica para la actualización del plan de acción de la cuenca RSL. (7) Experiencia piloto de teledetección aplicada a calidad de agua: esta actividad contempla un ejercicio inicial en el uso de información de teledetección en la estimación de concentraciones de nutrientes en la cuenca RSL. Para este ejercicio, se trabajará con el equipo del Grupo 1 en la definición del alcance (ubicación en la cuenca, período de análisis, comparación con datos medidos en terreno) y con las universidades en la definición de una agenda de entrenamiento y creación de capacidades a nivel nacional. Un aspecto que vale la pena destacar es que los datos de teledetección pueden ser utilizados en conjunto con los modelos de simulación (tanto el Aquatool como el SWAT y otros) para tener un sistema modelo-datos que pueda ser utilizado de manera operativa, bien sea de manera preventiva (cálculo de 40 cargas admisibles) como de manera predictiva (pronóstico de la calidad en cuerpos de agua y/o pronósticos de escenarios ambientales). Se estima que esta actividad sea finalizada en marzo 2018. (8) Desarrollo de modelo SWAT para la cuenca RSL: esta actividad incorpora el desarrollo e implementación del modelo SWAT en la cuenca RSL. Específicamente, se propone que el desarrollo del modelo SWAT siga aprovechando la infraestructura física y humana utilizadas para la actividad (1) (Aquatool y Grupos 1 y 2), para desarrollar un modelo de simulación a escala de gestión ambiental para analizar problemas de calidad de agua en la cuenca. Esta actividad tendrá como primera tarea el desarrollo de un plan de trabajo específico con metas y plazos. Se estima que esta actividad se iniciará en enero 2018 y tendrá una duración de un año hasta diciembre 2018. Una vez que se tenga un modelo SWAT confiable para la cuenca RSL, y que se haya ganado mayor experiencia en el país en la aplicación de métodos de teledetección para calidad de agua, puede procederse siguiendo el proceso planteado en las actividades (1)-(6), para nuevamente actualizar el plan de acción en fechas futuras ( post 2018). 6.5. CONSIDERACIONES ADICIONALES Existen aspectos relacionados a poder llegar a una estrategia exitosa de modelaje de calidad de agua en cuencas hidrográficas que vale la pena mencionar como complemento a los aspectos técnicos (modelos y datos). En primer lugar, es importante identificar a priori las barreras que puedan existir para la implementación y sostenibilidad de este esfuerzo en la cuenca RSL y otras cuencas hidrográficas en el país. Estas barreras no solo son económico-financieras (inversiones necesarias en software y datos), sino también por ejemplo técnicas. Es necesario complementar las actividades descritas en este informe con un programa de capacitación en modelaje y teledetección, trabajando en conjunto con las universidades en el país, además de las instituciones gubernamentales involucradas en la cuenca (MVOTMA, MGAP, SNAAAC). Esto no debe ser visto solamente como un problema adicional, sino más bien como una oportunidad de invertir en un conocimiento que va a ser muy productivo para el esfuerzo en esta cuenca y a lo largo del país. Este esfuerzo enfocado en la cuenca RSL debe ser divulgado y comunicado a través de diversos mecanismos para multiplicar el impacto de sus resultados. En segundo lugar, es importante incorporar la actividad de modelaje (y datos) al quehacer operativo de las instituciones en Uruguay. Esto implica un compromiso organizacional, que se manifiesta en complementar los productos generados a través de estos estudios con entrenamiento, mantenimiento del modelo, actualizaciones del software y los datos. Esta internalización o apropiación de los sistemas modelo-datos descritos en este informe por parte de estas instituciones es necesaria para asimilar un campo de trabajo que está en constante expansión e innovación. Para logar este fin operativo (lo cual lo hace más sostenible), debe haber un enfoque de esta estrategia que facilite la sinergia de esta actividad de modelaje con otros esfuerzos en curso en el país. Por ejemplo, deben facilitarse sinergias con otras actividades del programa de crecimiento verde que adelanta el gobierno con auspicios del Banco Mundial, a través de procesos de gestión como el que se ilustra en la Figura 24. En tercer lugar, vale la pena destacar que es importante incorporar la actividad de planificación continua al quehacer operativo de las instituciones en Uruguay involucradas en el mejoramiento de calidad de agua en la cuenca RSL. Esto implica un compromiso organizacional, que se manifiesta en participar en el proceso de planificación de una manera institucionalizada. Para logar este fin estratégico, debe haber un enfoque de este proceso que facilite la sinergia de esta actividad de planificación en la cuenca con otros esfuerzos en curso en el país. Además del programa de crecimiento verde del cual este estudio forma parte, existen sinergias con los esfuerzos de modernización de los servicios hidrometeorológicos (INUMET), las gestiones para la adaptación al cambio climático (SNAACC), y con los sectores de salud pública, ecosistemas y biodiversidad, y con la gestión por parte de la SNAACC del cumplimiento de los compromisos del país ante la comunidad internacional relacionado con las contribuciones nacionales determinadas para la mitigación y adaptación al cambio climático de acuerdo al Acuerdo de Paris. 41 Figura 24. Esquema conceptual de integración de la actividad de modelaje de nutrientes en cuencas hidrográficas con otros componentes el programa de crecimiento verde en Uruguay. El marco conceptual muestra los elementos para que el país logre desarrollar una serie de herramientas de modelación de calidad del agua (1), tanto a nivel de planificación (paso temporal mensual) como a nivel de gestión ambiental (paso temporal diario) y de respuesta a eventos hidrológicos o de contaminación (paso temporal subdiario). Este conjunto de modelos de calidad del agua requeriría productos de los modelos económicos (2) (por ejemplo, demanda de agua) como insumos. Estos modelos económicos serían los utilizados por las instituciones del país para la planificación y gestión de actividades económicas. A su vez, los modelos de calidad del agua proporcionarían información que podría usarse para alimentar los modelos económicos. Además, el conjunto de modelos de calidad del agua serviría como plataforma para integrar y analizar datos de mediciones de campo y datos de teledetección (4). Estos conjuntos de datos serían recolectados por diferentes instituciones en el país a través de actividades de monitoreo, análisis de datos y uso de herramientas de visualización (3). Este marco integra de manera coherente los datos y las actividades modelo del país, y permite que cada actividad interactúe con los demás. De esta forma, este marco maximiza el intercambio y la actualización de la información utilizada para tomar decisiones, fortaleciendo la estrategia de crecimiento verde del país. OPP: Oficina de Planeamiento y Presupuesto; MEF: Ministerio de Economía y Finanzas; MGAP: Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca; MVOTMA: Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente; INUMET: Instituto Uruguayo de Meteorología; OSE: Obras Sanitarias del Estado; (Fuente: elaboración propia) Con respecto al proceso de actualización del Plan de Acción para la cuenca RSL, aquí se esbozan algunos de estos aspectos que deben ser considerados en los pasos siguientes.  La actividad de modelación de medidas y escenarios continúa más allá de la elaboración del Plan 2G. Esto de hecho ya ha sido considerado en el caso de la cuenca RSL, ya que se ha definido una hoja de ruta paralela a esta para el caso del desarrollo y aplicación de modelos de calidad de agua (Aquatool, SWAT, modelos de alta definición). 42  Se hace necesario definir de manera más granular los indicadores, cargas admisibles, y medidas complementarias. Estas deben ser incluidas paulatinamente en versiones sucesivas del plan de acción.  El Plan 2G debe incluir un calendario para su revisión (anual, bianual, por ejemplo).  Las revisiones al plan deben incorporar los resultados de estudios y proyectos complementarios a medida que se vayan haciendo disponibles.  El Plan 2G debe ser coordinado y tener compatibilidad con el Plan de Cuenca RSL, el cual se está elaborando en la órbita de la Comisión de Cuenca del RSL (a ser puesto en marcha en marzo 2018). 43 REFERENCIAS Arocena, R.; Chalar, G.; Fabián, D.; De León, L.; Brugnoli, E.; Silva, M.; Rodó E.; Machado L., Pacheco JP., Castiglioni R., Gabito L. (2008). Evaluación ecológica de cursos de agua y Biomonitoreo. Informe final. Convenio DINAMA-Fac. Ciencias. Uruguay. Chang, N. B., & Xuan, Z. (2012). Chapter 2: Using remote sensing-based Carl- son Index mapping to assess hurricane and drought effects on lake trophic state. En N. B. 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Disponible en: https://www.engormix.com/agricultura/articulos/indicadores-ambientales-calidad-agua- t31190.htm 44 Wu, C., Wu, J., Qi, J., Zhang, L., Huang, H., Lou, L., & Chen, Y., 2010, Empirical estimation of total phosphorous concentration in the mainstream of the Qiantang River in China using Landsat TM data. International Journal of Remote Sensing, 31, 2309–2324. 45 ANEXOS A. ES TIMADO DE FUENTES Y PORCENTAJES DE APORTE DE NUTRIENTES EN LA CUENCA RSL 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 B. PRESENTACIÓN DE ESTRATEGIA DE MODELAJE (ACTUALIZACIÓN DICIEMBRE 2017) 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 C. AGENDA DEL PRIMER TALLER DE ACTUALIZACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN PARA CALIDAD DE AGUA EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA Miércoles 13 diciembre 2017 Sala 2A de la torre Anexa de Presidencia, Liniers 1280, Montevideo, Uruguay 9:30 – 13:00hs Presentación Exponente ESTRUCTURA GENERAL DEL PLAN DINAMA MODELADO Y CONSTRUCCIÓN DE ESCENARIOS DINAMA AGUA POTABLE OSE PROTECCIÓN Y RESTAURACIÓN ECOLÓGICA DEL ECOSISTEMA DINAMA HÍDRICO Y ÁREAS RIPARIAS ZONAS BUFFER DINAMA - DINAGUA DISMINUCIÓN APORTES TAMBOS Y PLANES DE LECHERÍA DGRN - DINAMA SOSTENIBLE DISMINUCIÓN DE APORTES FERTILIZANTES Y PLAGUICIDAS (líneas DGRN - DINAMA generales) INSTRUMENTOS ORDENAMIENTO TERRITORIAL CSL DINOT USO DE HERRAMIENTAS DE TELEDETECCIÓN DINAMA EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL PLAN SNAACC - DINAMA 93 D. ASPECTOS DE MODELAJE EN LAS MEDIDAS DEL PLAN DE ACCIÓN EN LA CUENCA DEL RÍO SANTA LUCÍA Medida Descripción Modelaje Datos 1 Implementación de un programa sectorial Cálculo de TMDL a partir de Monitoreo de indicadores de mejora de cumplimiento ambiental de límites permisibles para de calidad de agua vertimientos de origen industrial en toda calidad de agua (modo (DBO, N, P) en red. la cuenca hidrográfica del Río Santa preventivo). Lucía y exigir la reducción del nivel de Cálculo de la carga poluente DBO, Nitrógeno y Fósforo. en caso de incrementos en indicadores de calidad de agua (modo predictivo). 2 Implementación de un Programa Cálculo de TMDL a partir de Monitoreo de indicadores Sectorial de mejora del cumplimiento límites permisibles para de calidad de agua (N, P) ambiental de vertimientos de origen calidad de agua (modo en red. doméstico (saneamiento) en toda la preventivo). cuenca hidrográfica del Río Santa Lucía y Cálculo de la carga poluente exigir la reducción del nivel de en caso de incrementos en Nitrógeno y Fósforo. Priorizando las indicadores de calidad de ciudades de Fray Marcos, San Ramón, agua (modo predictivo). Santa Lucía. 3 Declarar como zona prioritaria sensible Cálculo de TMDL para Monitoreo de indicadores la cuenca hidrográfica declarada ZONA aplicación de fertilizantes de calidad de agua en A y exigir en forma obligatoria a todos (modo preventivo). red. los padrones rurales ubicados en dicha Análisis de resultados de Monitoreo de calidad de cuenca, el control de la aplicación de planes de uso, manejo y suelo. nutrientes y plaguicidas conjuntamente conservación de suelos (modo Monitoreo de calidad de con la presentación de los Planes de Uso, preventivo). Manejo y Conservación de Suelos ante el agua a la entrada del MGAP. Se exigirá fertilizar en base a Cálculo de impactos de embalse. análisis de suelos para alcanzar y descarga al embalse de Paso mantener la concentración debajo de 31 Severino. ppm de Fósforo (Bray 1). Simulación de mejores prácticas de manejo (BMP). 4 Suspender en la cuenca hidrográfica Cálculo del impacto de Número y caracterización declarada ZONA (A), la instalación de emprendimientos de engorde de emprendimientos nuevos emprendimientos de engorde de (EEC) existentes (carga total) y existentes, y proyecciones ganado a corral (feed lots) u otras su contribución al TMDL por de nuevos prácticas de encierro permanente de subcuenca. emprendimientos. ganado en corral a cielo abierto. La Simulación de mejores Monitoreo del agua de suspensión operará hasta que se dicte la prácticas de manejo (BMP). infiltración y/o P (Bray) en nueva reglamentación que regularice la el suelo. actividad e incluirá también la ampliación de los emprendimientos existentes. 5 Exigir el tratamiento y manejo Cálculo del impacto de Número y caracterización obligatorio de efluentes a todos los Tambos existentes (carga de Tambos existentes, y Tambos ubicados en toda la cuenca total) y su contribución al TMDL proyecciones. hidrográfica del Río Santa Lucía. por subcuenca. Monitoreo del agua de Determinación de necesidades infiltración y/o P (Bray) en de tratamiento. el suelo. 94 Simulación de mejores prácticas de manejo (BMP). 6 Implementar una solución definitiva al Simulación de fuente puntual Monitoreo de la calidad manejo y disposición de lodos de la de descarga de la planta de de agua en la descarga planta de tratamiento de agua potable tratamiento. de la planta de de Aguas Corrientes, de OSE. tratamiento (lodos). 7 Restringir el acceso directo del ganado a Simulación de TMDL Monitoreo de calidad de abrevar en los cursos de la cuenca relacionado al acceso de agua en la entrada de los hidrográfica declarada ZONA A. ganado a zonas cercanas a los embalses. Construir un perímetro de restricción en el embalses, particularmente al entorno de los embalses de Paso de Paso Severino. Severino, Canelón Grande y San Francisco. El acceso al agua se realizará en forma indirecta mediante toma de agua. 8 Instaurar una zona de amortiguación o Simulación de la zona(s) de Continuación del buffer en la cuenca hidrográfica amortiguación (buffer) y sus monitoreo de la zona declarada ZONA A sin laboreo de la impactos. buffer a través de tierra y uso de agroquímicos (para la DINAMA. conservación y restitución del monte Monitoreo periódico de ribereño como forma de restablecer la calidad de agua en las condición hidromorfológica del río) en descargas de las zonas una franja de 40 metros a ambas buffer. márgenes de los cursos principales (Río Santa Lucía y Río San José), 20 metros en los afluentes de primer orden (ej: A° Canelón Grande) y 100 m entorno a embalses. 9 Intimar a los responsables de Simulación de impactos de Inventario (número, extracciones de agua superficial y extracción de agua ubicación, caudal de subterránea de la cuenca hidrográfica subterránea (cantidad y extracción) de usuarios de declarada ZONA A, que carezcan del calidad de agua) a través de agua subterránea respectivo permiso, a que soliciten el la cuenca. (existentes y potenciales). mismo en un plazo máximo de 6 meses. 10 Declarar "Reserva de agua potable" la Incluir este sistema al balance Caracterización Cuenca hidrológica del Arroyo Casupá. hídrico en el modelo de hidrológica y de calidad simulación. de agua de esta fuente Analizar impactos hidrológicos (arroyos Casupá y El Soldado). y de calidad de agua para sentar línea base de esta nueva fuente. Modelaje integrado de todas 11 Recabar opinión en el ámbito de la Establecer un sistema de las acciones contenidas en el Comisión Cuenca del Río Santa Lucía de información las medidas que conforman este Plan, plan, y socialización de los (“observatorio” parecido asegurando la participación efectiva de resultados. al concebido para Establecimiento de un los distintos actores que la conforman. servicios de INUMET) para protocolo de diseminación y la cuenca; hacerlo público comunicaciones del progreso a través de un sitio web de las acciones. dedicado. 95 The World Bank 1818 H Street, NW, Washington, DC 20433, USA. www.worldbank.org