Water balance and nutrient export modeling using WEAP: constraints to model the effects of forest restoration and climate change in the upper Grijalva river basin

Acceso en línea sin restricciones

Este estudio proyecta los efectos de la restauración forestal sobre el balance hídrico y el movimiento de nutrientes considerando las condiciones climáticas actuales, la demanda de agua, el crecimiento poblacional y los escenarios futuros de cambio climático en la cuenca alta del río Grijalva mediante el uso del modelo WEAP (Water Evaluation And Planning). Se utilizaron datos obtenidos en dos cuencas y cuatro subcuencas, incluyendo clima, densidad poblacional, consumo de agua, uso de suelo y cobertura de bosques, así como mediciones periódicas de caudales base, y de concentraciones de nitrógeno y fósforo en agua en el año 2012. Los cambios de uso de suelo y su efecto en el mantenimiento de la seguridad hídrica, considerando el crecimiento poblacional y el cambio climático fueron analizados para un periodo de 15 años (partiendo del 2012 como año base). Específicamente, se modeló la sustitución de los suelos en barbecho y la selva baja por bosques de pino-encino. El escenario de restauración forestal proyecta un incremento de área de bosque de pino-encino de 7.4% a 20.9% en la cuenca del río Xelajú; y de 9.8% a 18.3% en la cuenca del río Bacantón y se basa en un trabajo previo que identificó la voluntad local de realizar estas prácticas de restauración forestal. Nuestros resultados mostraron que las actividades de restauración forestal producen un efecto positivo en la disminución de las concentraciones de nutrientes en el agua. En las cuencas de los ríos Xelajú y Bacantón se observó una disminución en la generación de nitrógeno de 8,561 y 1,870 kg, respectivamente; y una disminución en la generación de fósforo de 2,335 y 551 kg, respectivamente. Sin embargo, el balance hídrico proyectado para el futuro sugiere que, en el caso de realizarse la restauración forestal, habrá una reducción en la evapotranspiración y un aumento en la infiltración y en la escorrentía superficial. La reducción de la evapotranspiración y el incremento de la escorrentía superficial no es consistente con la mayoría de los resultados encontrados en la literatura y podría reflejar la falta de datos apropiados para la modelación de las condiciones locales. El incremento de la infiltración si está más acorde con la literatura. Debido a los anteriores resultados inesperados recomendamos mayor generación de datos a nivel local para incorporar y enriquecer el modelo WEAP y obtener resultados más confiables. Finalmente, recomendamos algunas acciones de restauración forestal en el área de estudio. spa

This paper reports projected effects of forest restoration in water balance and nutrient export considering current climate conditions, water demands, population growth and future climate change scenarios in the upper Grijalva river basin using WEAP (Water Evaluation And Planning). We used data obtained from two catchments and four sub-catchments, including climate, population density, municipal water demands, forest, and land use cover, as well as periodic base flow measurements, and nitrogen and phosphorus water concentration from the year 2012. Changes in land use and its effect in keeping water security, considering population growth and climate change were analyzed for a 15 years span (considering 2012 as a base year). Specifically, we modeled substitution of bare ground and open shrublands to pine-oak forests. Our forest restoration scenario consists of increasing pine oak forest cover from 7.4% to 20.9% of area in Xelaju river catchment; and from 9.8% to 18.3 % of area in the Bacanton river catchment and is based in previous work suggesting local willingness to move forward to forest restoration practices. Our results show that restoration activities could prove effective in decreasing nutrient export. In Xelaju and Bacanton river catchments decreases of 8,561 and 1,870 kg were observed in nitrogen generation respectively; and decreases of 2,335 and 551 kg in phosphorus generation, respectively. Projected water balance suggests that in case of a forest restoration, evapotranspiration will reduce and infiltration and surface runoff will increase. Evapotranspiration reduction and increase in surface runoff is not consistent with literature and could reflect the lack of proper data to model for local conditions. On the other hand, infiltration increases showed more consistency with literature. Due to other unexpected results, we recommend further generation of data at a local level to incorporate and enrich the WEAP model in order to reach more reliable results. Finally, we recommend actions taken towards forest restoration in the study area. eng