Estimación de caudales ecológicos con fines de planificación hídrica: aplicación a la cuenca del río Pisco, Perú

RESUMEN

El nuevo marco legal sobre caudales ecológicos en el Perú requiere de una metodología que pueda ser usada para fines de planificación de los recursos hídricos en las cuencas del país. Por ello, se desarrolló una metodología holística, de escritorio, que considera la información disponible sobre aspectos ecológicos, hidrológicos y socioeconómicos para calcular un Índice de Amenazas Ecohidrológicas (IAEH); que junto al cálculo de las Curvas de Duración de Caudales [CDC] permiten definir cuatro posibles escenarios de caudales ecológicos a escala de subcuenca, con el fin de seleccionar el más adecuado para fines de gestión. La metodología se aplicó en tres subcuencas de la cuenca del río Pisco en Perú, en Incachaque el caudal ecológico promedio fue 2.2 m³/s al año, que representa el 63.54%; en Medio Bajo Pisco fue de 8.16 m³/s año, representando el 33.7% y en Bajo Pisco fue de 4.19 m³/s, representando el 17.68%, los cuales son más realistas y reflejan el régimen hídrico de los cursos de agua de las subcuencas evaluadas. y está lejos del caudal mínimo o del valor del 10% o 15% que generalmente se aplica en el Perú. La metodología contribuyó a conciliar las necesidades hídricas del ecosistema y los usuarios del agua.

ABSTRACT

The new legal framework on ecological flows in Peru requires a methodology that can be used for planning purposes of water resources in the country’s basins. A holistic, ‘desktop’ methodology was developed, that considers available information on ecological, hydrological and socioeconomic aspects in order to calculate an Ecohydrological Threat Index (IAEH); this index, and the calculation of the Flow Duration Curves [CDC) allow for the definition of four possible scenarios of ecological flows at the sub-basin scale, in order to select the most appropriate one for management purposes. The methodology was applied in three sub-basins in the Pisco River basin in Peru, in the Incachaque the ecological mean flow rate 2.2. m3/s per year, representing 63.54%; in the Medio Bajo Pisco was 8.16 m3/s per year, representing 33.7% and in the Bajo Pisco was 4.19 m3/s, representing 17.68%, which are more realistically and reflects the water regime of the water courses of the evaluated sub-basins and is far from the minimum flow or the value of 10% or 15% that is generally applied in Peru. The methodology contributed to reconcile the water needs of the ecosystem and water users.

PALABRAS CLAVE:

• ecohidrología
• amenazas
• Pisco
• caudales ecológicos
• GIRH
• SIG

KEYWORDS:

• Ecohydrology
• threats
• pisco
• ecological flows
• IWRM
• GIS

1. Introducción

Como lo destaca [1], históricamente «la protección» de los ecosistemas fluviales ha tenido un alcance limitado, destacando la calidad del agua y solo un aspecto de la cantidad de agua: el «flujo mínimo». En ese sentido, [1],señala que la integridad ecológica del ecosistema fluvial depende de su carácter dinámico natural lo que se ha denominado como «el paradigma del régimen de flujo natural», siendo cinco los componentes críticos del mismo: la magnitud, frecuencia, duración, estacionalidad y tasa de cambio de las condiciones hidrológicas. En ese sentido, en el Perú, se requiere de un cambio de enfoque conceptual en la determinación de caudales ecológicos, moviéndose hacia el paradigma del régimen de flujo natural y los métodos holísticos, a fin de mantener la integridad ecológica de las cuencas y sus ecosistemas acuáticos.

De la revisión del estado del arte de las metodologías que se usan para determinar caudales ecológicos con fines de planificación hídrica, actualmente destacan a nivel internacional aquellas metodologías propuestas desde inicio de los años 2000, también conocidas como metodologías «Desktop» [2–7]. Estas metodologías también son conocidas como «Desktop Reserve Model-DRM» o «Reservas ecológicas para ríos», ya que es el término usado para caudales ecológicos en Sudáfrica donde han sido desarrolladas [4]. [4],la cuantificación de los caudales ecológicos bajo este tipo de modelos, involucra determinar los volúmenes que sustentarán un cuerpo de agua, por ejemplo, en un río, a través de la curva de duración de caudales para una condición o categoría predeterminada. Esto último, se denomina como «Categoría de Manejo Ecológico» (EMC del inglés Ecological Managemenet Category) o recientemente como «Nivel de protección Ecológica» (LEP, del inglés Level of Ecological Protection) y está relacionado con la medida en la cual esta condición se desvía de su condición natural. Las EMC o LEP se determinan por medio de un sofisticado sistema de puntuación basado en un número de indicadores establecidos que se relacionan con la importancia y sensibilidad de los ecosistemas evaluados [4,8].

CDM [9],señala, con respecto al DRM desarrollado en Sudáfrica, que este modelo surgió en respuesta a la necesidad de una evaluación rápida y de baja demanda de recursos para cuantificar caudales ecológicos, (referidos en Sudáfrica como reservas ecológicas, particularmente en ríos donde la información ecológica y otro tipo de información necesaria son limitadas). El modelo DRM, así como otras metodologías, han sido aplicadas en muchos países del mundo con distintas adaptaciones [4]. Cabe destacar que una adaptación de esta metodología, ha sido considerada por la Naciones Unidas como una opción para la implementación de las Metas 6.4 y 6.6 del Objetivo de Desarrollo Sostenible sobre Agua y Saneamiento (ODS 6), debido a su aplicación a gran escala para fines de planificación hidrológica y protección de los ecosistemas dependientes del agua como ríos, lagos, lagunas y humedales [10, 11].

La presente investigación, tiene como finalidad desarrollar una propuesta metodológica adaptada a la información y realidad de las cuencas del Perú, que permita estimar los caudales ecológicos para la planificación de los recursos hídricos con enfoque de cuenca hidrográfica. La metodología propuesta se considera de tipo holística «desktop», ya que considera información disponible sobre aspectos ecológicos, hidrológicos y socioeconómicos que se usan para el cálculo de un Índice de Amenazas Ecohidrológicas (IAEH). El IAEH es la base para determinar el Presente Estado Ecohidrológico (PEEH) de cada subcuenca y junto con el cálculo de las Curvas de Duración de Caudales (CDC) se pueden evaluar cuatro posibles escenarios de gestión del caudal ecológico a través de las denominadas Clases de Manejo Ecohidrológico (CMEH). El procedimiento se puede realizar con el apoyo de herramientas de Sistema de Información Geográfica (SIG).

La metodología propuesta se aplicó en tres subcuencas de la cuenca del río Pisco, con distintos niveles de intervención antrópica y amenazas ecohidrológicas con la finalidad de proponer el caudal ecológico que se deben reservar con base en objetivos de conservación previamente definidos. Los resultados obtenidos contribuyen a reservar un caudal ecológico en las situaciones opuestas, es decir de baja intervención antrópica, atendiendo a los principios precautorios y de sostenibilidad señalados en la Ley de Recursos Hídricos evitando así asignar a priori un porcentaje fijo o flujo mínimo en el río como caudal ecológico. Estos resultados son un punto de inicio para iniciar el dialogo entre las autoridades y los administrados, a fin de conciliar las necesidades de agua del ecosistema y de los usuarios de agua, lo cual es de suma importancia en cuencas muy intervenidas y con derechos de agua comprometidos. La discusión de la propuesta de caudales ecológicos no fue realizada en talleres de socialización con los actores de las subcuencas lo cual podría llevar a que los volúmenes propuestos para el caudal ecológico en la presente investigación varíen luego de dicha socialización, aún así los resultados son un punto de partida para socializar la propuesta e iniciar el diálogo con dichos actores.

2. Área de estudio

La metodología propuesta se aplicó en tres Unidades Hidrográfica (UH) menores de la cuenca del río Pisco (Figura 1): i) Incachaque, ii) Medio Bajo Pisco y iii) Bajo Pisco, las cuales forman parte de la cuenca del río Pisco en el Perú y están ubicadas en la vertiente del Pacífico entre los 13° 47’ 38.4” y 12° 52’ 37.2” de latitud sur y los 76° 13’ 4.8” y 75° 2’ 31.2.” Las UH seleccionadas presentan distintas características hidrológicas, ecológicas, topográficas y socioeconómicas, con distintos niveles de intervención y usos del agua. La UH Incachaque se ubica en la parte alta de la cuenca del río Pisco, en la ecorregión denominada Puna, por encima de los 3 800 msnm, con precipitaciones medias de 700 mm/año y temperatura media anual de 6°C. Tiene un área de 229 km² y predomina el uso del agua para fines ganaderos debido a la disponibilidad de pasturas y la existencia de humedales conocidos como bofedales. La presencia de población es mínima. La UH Medio Bajo Pisco se extiende mayoritariamente en la ecorregión denominada Serranía esteparia, ubicada entre los 1000 y 3800 msnm, con precipitaciones menores de 500 mm/año y temperaturas superiores a los 20°C, y encima de los 3000 msnm, con precipitaciones alrededor de los 700 mm/año y temperatura media anual de 12°C. Tiene un área de 344 km² y por las características topográficas y fuertes pendientes presenta un limitado desarrollo agrícola en las márgenes del río Pisco, siendo el usos del agua para fines de riego y poblacional, pero no existen grandes ciudades. La UH Bajo Pisco se ubica en la ecorregión denominada desierto costero del Pacífico, que tiene una altitud menor de 1000 msnm, precipitación menor a 150 mm/año y temperatura media anual de 18°C. Tiene un área de 829 km² y es la UH donde ocurren los mayores usos del agua debido a la intensa actividad agrícola que existe en el valle de Pisco y las mayores áreas urbanas como la ciudad de Pisco, capital provincial. Políticamente, la UH Incachaque se ubica en el departamento de Huancavelica y las UH Medio Bajo Pisco y Bajo Pisco en el departamento de Ica. La administración de los recursos hídricos en las tres UH está a cargo de la Administración Local del Agua (ALA) Pisco.

Figura 1. Mapa de ubicación de las UH de estudio y las tres ecorregiones de la cuenca del río Pisco.

3. Materiales y Métodos

La propuesta metodológica desarrollada en la presente investigación se ha denominada CMEH-CDC (Clases de Manejo Ecohidrológico – Curva de Duración de Caudales). Se ha priorizado en su construcción el uso de información disponible de manera libre de variables ecológicas, hidrológicas y socioeconómicas, a nivel nacional, tanto de tipo geoespacial como alfanumérica (Tabla 1). Un flujograma de la metodología se puede ver en la Figura 2. A continuación, se describe las etapas de su implementación.

Figura 2. Flujograma para la aplicación de la metodología CMEH-CDC.

Tabla 1. Información geoespacial y alfanumérica usada para la construcción de la metodología CMEH-CDC.

Información geoespacial	Fuente	Formato	Entidad
Puentes	MTC	vectorial	Punto
Embalses	ANA/ALA-Pisco	vectorial	Punto
Bocatomas	ANA/ALA-Pisco	vectorial	Punto
Vertimiento de aguas residuales	ANA	vectorial	Punto
Punto de salida de caudales	ANA	vectorial	Punto
Número de habitantes por centro poblados	INEI	vectorial	Punto
Red hidrográfica	IGN/MINEDU	vectorial	Línea
Canales	ANA/ALA Pisco	vectorial	Línea
Red vial	MTC	vectorial	Línea
Unidades hidrográficas	ANA	vectorial	Polígono
Áreas agrícolas	MIDAGRI	raster	Polígono
Áreas urbanas	IGN/MINEDU	vectorial	Polígono
Humedales	ANA/DCPRH	vectorial	Polígono
Superficies impermeables	ANA/DCERH	raster	Polígono
Áreas acuícolas	PRODUCE	vectorial	Polígono
Lagunas	ANA/DCPRH	vectorial	Polígono
Caudales de ríos	ANA-DCERH	Excel	Alfanumérica
Usos consuntivos	ANA	Excel	Alfanumérica
Capacidad de embalses	ANA/ALA Pisco	Excel	Alfanumérica
Número de especies no-nativas	MINAM/UNMSM	Excel	Alfanumérica
Caudal de vertimiento de aguas residuales	ANA	Excel	Alfanumérica

3.1. Cálculo del Índice de Amenazas Ecohidrológicas (IAEH)

El cálculo del Índice de Amenaza Ecohidrológica [IAEH), se basa en la metodología propuesta por [8], para el cálculo de los índices de «Incidencia de Amenazas a la a la Seguridad Hídrica» (HWS, por sus siglas en inglés] e «Incidencia de Amenaza a la Biodiversidad» [BD, por sus siglas en inglés), y en las modificaciones hechas por [10], para relacionar las Clases Ecológicas de Manejo [EMC, por sus siglas en inglés] con la Salud de los ríos. La metodología adaptada para el Perú es descrita a detalle por [12], y considera tres temas y nueve indicadores [Tabla 2], que se seleccionaron y reagruparon en función de su relevancia para el cálculo de caudales ecológicos y considerando la disponibilidad de información en el Perú, de manera que se pueda utilizar en otras cuencas del país.

Tabla 2. Temas e indicadores para el cálculo del IAEH.

Tema	Indicador	Modelo hidrológico
(I) Recursos hídricos-Cantidad	Fragmentación de ríos
	Estrés hídrico por usos consuntivos	x
	Estrés hídrico humano	x
	Estrés hídrico agrícola	x
	Interrupción del flujo	x
	Desconectividad de humedales
(II) Recursos hídricos-Calidad	Contaminación por aguas residuales	x
(III) Factores bióticos	Número de especies no-nativas
	Presión acuícola

El cálculo de los indicadores mencionados se realiza en un entorno de Sistemas de Información Geografía [SIG) con la finalidad de determinar y analizar su distribución espacial a nivel de cada subcuenca evaluada. Como parte de la metodología, los nueve indicadores que se calculan se estandarizan estadísticamente de manera que estén en el rango de 0–1, donde el valor de 0 significa amenazas y el valor de 1 significa la más alta amenaza, hacia los cuerpos de agua de la cuenca. Los nueve indicadores estandarizados se integran mediante una suma ponderada en único indicador que será el denominado IAEH, esto último se hace usando un modelo desarrollado con la herramienta model builder del programa ArcGIS.

El IAEH se calcula usando la fórmula propuesta por [8]:

(1) ${\text{IAEH}}_{\text{i}}={\displaystyle \sum _{\text{j}=1}^3{\displaystyle \sum _{\text{k}=1}^{{\text{d}}_{\text{j}}}{\text{W}}_{\text{j}}}}{\omega }_{\text{k},\text{j}}{\widehat{D}}_{\text{i},\text{j},\text{k}}$(1)

donde ${\mathrm{W}}_{\mathrm{j}}$ es el peso del tema $\mathrm{j}$ y suman la unidad, ${\mathit{\omega }}_{\mathrm{k},\mathrm{j}}$ es el peso del indicador $\mathrm{k}$ dentro del tema $\mathrm{j}$ y suman la unidad, ${\mathrm{d}}_{\mathrm{j}}$ es el número de indicadores subsidiarios dentro del tema $\mathrm{j}$, y ${\stackrel{ˆ}{}\mathrm{D}}_{\mathrm{i},\mathrm{j},\mathrm{k}}$ es el puntaje estandarizado del indicador $\mathrm{k}$ dentro del tema $\mathrm{j}$ para cada UH.

3.2. Determinación del Presente Estado Ecohidrológico (PEEH]

El Presente Estado Ecohidrológico (PEEH), es un indicador del estado ecohidrológico actual del ecosistema acuático en comparación de cuanto se aleja de su estado natural considerando los cinco estados de la Tabla 3, adaptada de [13, 14]. El PEEH se determina en función de los resultados del IAEH, el cual se agrupa en cinco rangos: 0–0.25, 0.25–0.5, 0.5–0.65, 0.65–0.75 y 0.75–1.00. Según [10], este agrupamiento es un tanto arbitrario, pero es consistente con la escala del índice BD y HWS propuesto por [8], el cual toma como punto de quiebre el valor de 0.5 para separar la baja y alta amenaza, y, asimismo, considera a los valores >0.5 como moderados niveles de amenazas y a los valores >0.75 como niveles muy altos de amenaza.

Tabla 3. Clasificación, leyenda y descripción del IAEH, PEEH y de las CMEH.

Rangos IAEH	Leyenda PEEH/CMEH	Descripción PEEH/CMEH
0.0–0.25	A/A	Natural
0.25–0.5	B/B	Levemente Modificado
0.5–0.65	C/C	Moderadamente Modificado
0.65–0.75	D/D	Largamente Modificado
0.75–1.00	E/D	Severamente Modificado

3.3. Definición de las Clases de Manejo Ecohidrológico (CMEH)

Las Clases de Manejo Ecohidrológico (CMEH), representan la condición en la que se desea mantener los ecosistemas acuáticos de la cuenca y comprenden cuatro escenarios posibles denominados con las letras A, B, C y D. Las CMEH puede coincidir con el PEEH, pero también puede diferir si se le asigna una condición ecológica distinta a la actual, producto, por ejemplo, de una negociación entre los actores de la cuenca debido a la competencia por el uso de los recursos hídricos. En estos casos se recomienda que la ANA lleve a cabo talleres multiactor, en los que estén representados los principales usos y usuarios de agua que compiten con el caudal ecológico en la cuenca de interés, es decir, en estas situaciones las ciencias naturales guían a las ciencias sociales a fin de llegar a un acuerdo de lo que se espera lograr en la cuenca bajo un enfoque de sistemas social ecológico y evitar conflictos [15,16]. En caso del Perú se puede usar las plataforma de buena gobernanza de la cuenca, los consejos de recursos hídricos de cuenca que ya han sido creado en el país, o a través de las Autoridades Administrativas del Agua (AAA), que son los órganos desconcentrados de la ANA a nivel nacional. Las CMEH, presentadas en la presente investigación, son una adaptación de las metodologías descritas en Kleynhans [4,6,8,10,13,14], y se asignan conforme a la Tabla 3.

3.4. Cálculo de las Curvas de Duración de Caudales (CDC)

El cálculo de la Curva de Duración de Caudales [CDC) es la siguiente etapa de la metodología para determinar los caudales ecológicos con fines de la planificación de los recursos hídricos en los ámbitos de cuencas. [17], señala que la CDC es la relación que existe entre el valor de una descarga dada y el porcentaje del tiempo que esta descarga es igualada o excedida y, además, ofrece un resumen de la variabilidad del flujo en un sitio específico y representa quizás el método más informativo para mostrar el rango completo de descargas de un río, desde eventos de bajo flujo a eventos de inundaciones. Asimismo, menciona que la CDC es frecuentemente usada en temas relacionados con la calidad del agua, diseño de esquemas de abstracciones de agua de ríos y estimaciones de los requerimientos de flujos ambientales o caudales ecológicos. Su uso, en la presente metodología, se justifica, ya que permite evaluar en qué medida el caudal ecológico, calculado bajo los cuatro escenarios de gestión [A, B, C y D], se alejan del paradigma del régimen natural del flujo. Este análisis es un indicador clave para conservar la integridad ecológica de los ecosistemas acuáticos. Asignar un caudal ecológico en la clase A, tendrá como consecuencia un mayor volumen reservado para el ambiente y en su otro extremo, asignar un caudal ecológico en la clase D, tendrá como consecuencia un menor volumen reservado para el ambiente. Las CDC se calculan en la metodología propuesta a paso mensual, ya que, bajo la normativa peruana, los modelos hidrológicos que existen, así como los caudales ecológicos y los derechos de agua se calculan a nivel mensual, y en ese sentido, para fines de planificación hídrica bajo el marco peruano se considera aceptable.

Para el cálculo de la CDC se usa el procedimiento descrito en detalle en [18], que ha sido la base para las más recientes metodologías de caudales ecológicos basadas en el uso de la CDC y se pueden implementar en programas de hoja de cálculo o por medio de un lenguaje de programación. Los pasos a seguir son los siguientes:

1. Construcción de la CDC de referencia con la información de caudales a nivel mensual y en un periodo de tiempo lo suficientemente extenso, entre 10 a 30 años. La fórmula del cálculo de la probabilidad de excedencia con la fórmula se muestra a continuación:

(2) $\mathit{P}=100\left[\frac{\mathit{M}}{\left(\mathit{n}+1\right)}\right]$(2)

donde $\mathit{P}$ es la probabilidad de excedencia que un caudal dado sea igualado o excedido (porcentaje de tiempo], $\mathit{M}$ es la posición que ocupa el caudal en el registro ordenado de manera decreciente (adimensional) y $\mathit{n}$ es el número de datos para el periodo de registro (adimensional).

1. Determinación de valores de porcentajes fijos de la CDC de referencia, que consiste en el cálculo de 17 puntos de porcentaje fijo del tiempo de excedencia [0.01, 0.1, 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99, 99.9 y 99.99%) con base a los caudales de referencia. A efectos de estimar los porcentajes fijos de los tiempos de excedencia señalados, se usó un método de interpolación y extrapolación logarítmico según los sugerido por [18], cuya ecuación se describe a continuación:

(3) $\mathit{ln}\left(Q_x\right)=\mathit{ln}\left(Q_i\right)+\left[\frac{\mathit{ln}\left({\mathit{Q}}_{\mathit{i}-1}\right)-\mathit{ln}\left(Q_i\right)}{\mathit{P}{e}_{\mathit{i}-1}-\mathit{P}{e}_i}\right]\left(\mathit{P}{e}_x-\mathit{P}{e}_i\right)$(3)

donde $\mathit{ln}\left(Q_x\right)$ es el logaritmo natural del caudal interpolado, $\mathit{ln}\left(Q_{\mathit{i}-1}\right)$ y $\mathit{ln}\left(Q_i\right)$ son los logaritmos naturales de los caudales ubicados a ambos lados de $\mathit{P}{e}_x$, que es la probabilidad de excedencia para la cual se determinará el caudal, $\mathit{P}{e}_{\mathit{i}-1}$ y $\mathit{P}{e}_i$ son las probabilidades de excedencia ambos lados de $\mathit{P}{e}_x$ .

1. Determinación de las CDC para las CMEH, que consiste en calcular los 17 puntos de porcentaje fijo para para las cuatro CMEH posibles (A, B, C y D]. Las nuevas CDC son determinadas por un desplazamiento lateral de la CDC de referencia, sobre el eje de la probabilidad de excedencia. Por ejemplo, el desplazamiento de un punto en la CDC de referencia, equivale a decir que el caudal excedido el 99.99 por ciento, ahora es excedido el 99.9 por ciento, el caudal excedido el 99.9 por ciento ahora es excedido el 99 por ciento, y así sucesivamente. En la Figura 3 se muestra un gráfico del procedimiento indicado.

   Figura 3. Curva de excedencia calculadas para las cuatro CMEH.

   

3.5. Determinación de caudales ecológicos en función de las CMEH

La determinación del caudal ecológico en una subcuenca específica, se realiza considerando los cuatro escenarios posibles de las CMEH (A, B, C y D), a fin de seleccionar la que se considera como más aceptable y realista a mantener en la subcuenca en una situación deseada o esperada. Idealmente, en esta etapa se recomienda la realización de talleres con los actores de la cuenca o el uso de plataformas de articulación como los consejos de recursos hídricos de cuenca que la ANA viene implementado en el país, de manera que producto de la información generada y los intercambios de opiniones se tomen las mejores decisiones para la integridad de la cuenca y sus ecosistemas acuáticos, lo cual está acorde con la determinación de caudales ecológicos en el marco de la GIRH y del enfoque de sistemas social-ecológicos complejos. De lo contrario, en una primera aproximación, se puede tomar directamente las CMEH en función del PEEH.

4. Resultados

4.1. Índice de Amenazas Ecohidrológicas (IAEH)

Los resultados del Índice de Amenaza Ecohidrológica (IAEH) a nivel de las nueve UH menores de la cuenca del río Pisco se pueden ver en la Figura 4. De acuerdo al IAEH calculado y a la Tabla 3, sobre la tres UH menores de interés se interpreta lo siguiente: la UH Bajo Pisco se encuentra en la clase definida como amenaza moderada, que va del rango de 0.5 a 0.65 y las UH Incachaque y Medio Bajo Pisco se encuentran en la clase definida como amenaza baja, que va del rango de 0 a 0.25. De acuerdo al IAEH, no existen en la cuenca del río Pisco alguna UH menor que esté dentro de la clase amenaza moderada a alta y amenaza alta.

Figura 4. Mapa de IAEH – Cuenca del río Pisco.

4.2. Presente Estado Ecohidrológico (PEEH)

Para determinar el PEEH, se relacionaron las clases del IAEH determinado anteriormente con las clases de PEEH posibles, considerando para tal fin la Tabla 3. De aquí se definió para cada UH su PEEH lo cual se muestra en la Figura 5. Con respecto a las UH de interés, la UH Incachaque y Medio Bajo Pisco se encuentran en la clase A, es decir están en un estado muy cerca al natural y la UH Bajo Pisco se encuentra en la clase C, es decir moderadamente modificada. Esta clasificación es coherente con la información usada y las características actuales de las UH evaluadas para la construcción del IAEH, en ese sentido, la UH Bajo Pisco, es la que presenta mayor amenaza hacia los ecosistemas acuáticos, debido al desarrollo socioeconómico de la población, principalmente con fines agrícolas, que ha inducido el desvío de agua del río Pisco en este tramo para el riego del valle, lo cual ha conllevado a las modificaciones del hábitat y reducción de la calidad del agua.

Figura 5. Mapa del PEEH – Cuenca del río Pisco.

4.3. Curvas de duración de caudales para las CMEH posibles

El cálculo de la Curva de Duración Caudales (CDC) se realizó con base en las descargas simuladas por el modelo SWAT en la cuenca del río Pisco para el periodo 1984–2016, 34 años [19] para las tres UH menores de interés: i) UH Incachaque – Sitio 1, ii) UH Medio Bajo Pisco – Sitio 2 y iii) UH Bajo Pisco – Sito 3. Como se observa en la Tabla 4, el caudal medio anual en la UH Incachaque es el menor con 3.47 m³/s, lo cual se debe a que es una cuenca de cabecera con un área de drenaje de 229 km². En la UH Medio Bajo Pisco el caudal medio anual fue de 24.19 m³/s y en la UH Bajo Pisco fue de 23.70 m³/s, ambas UH se ubican en la parte baja y drenan un área de 3402 km² y 4231 km² respectivamente.

Tabla 4. Caudales y volumen medios anuales obtenidos del modelo SWAT para las UH evaluadas.

Sitio	UH	Caudal medio anual (m^3/s)	Volumen medio anual [MMC)
1	Bajo Pisco	23.70	747.40
2	Medio Bajo Pisco	24.19	762.86
9	Incachaque	3.47	109.43

Fuente: [19]

Estas UH se seleccionaron en función de los resultados del IAEH y del PEEH, los derechos de agua otorgados, así como su ubicación en función de la topografía de la cuenca y el grado de intervención actual que existe. La UH Incachaque está ubicada en la cuenca alta o zona de cabeceras de cuenca, la UH Medio Bajo Pisco está ubicada en la parte media baja de la cuenca y es la que recibe todo el aporte que se genera en la cuenca media y alta; y la UH Bajo Pisco está ubicada en la parte baja de la cuenca, donde se ubica el valle del río Pisco que es el mayor consumidor de agua. Los caudales evaluados se ubican a la salida de cada una de las tres UH (Figura 6).

Figura 6. Mapa de ubicación de las UH menores evaluadas.

4.3.1. Caudal ecológico: UH Incachaque-Sitio 1

El caudal medio histórico simulado en la UH Incachaque fue de 3.46 m³/s el cual es igualado o excedido únicamente el 28.7% del tiempo. Asimismo, el caudal de excedencia del 50% fue de 1.18 m³/s, el cual equivale a la mediana. En la Tabla 5 se muestran los valores de los caudales que le corresponden a cada uno de los escenarios posibles de las CMEH (A, B, C y D] calculados en función del caudal de referencia. De la determinación del PEEH realizado previamente, la UH Incachaque presenta modificaciones mínimas del hábitat del río y del hábitat ribereños, así como de humedales, en ese sentido está en una condición A, es decir, casi natural. Si se relaciona directamente el PEEH con las CMEH, le correspondería una CMEH A, es decir natural, y un caudal ecológico de 2.2 m³/s promedio anual, que equivale a 69.49 millones de metros cúbicos (MMC) anual, lo que representa aproximadamente el 64% del caudal de referencia. La distribución del caudal de referencia y los caudales ecológicos calculados, expresados en volumen para las cuatro CMEH, se muestran en la Figura 7. Se observa que a mayor CMEH, mayor es el requerimiento de agua y mejor se reproduce la variabilidad anual del caudal atendiendo al principio del paradigma del régimen natural del flujo.

Tabla 5. Caudales calculados para los 17 puntos de porcentaje fijos en la UH Incachaque-Sitio 1.

Porcentajes fijos (%)	Caudal de referencia (m^3/s)	Escenarios
		A	B	C	D
0.01	33.36	31.78	23.12	14.61	11.10
0.1	31.78	23.12	14.61	11.10	5.99
1	23.12	14.61	11.10	5.99	3.38
5	14.61	11.10	5.99	3.38	2.16
10	11.10	5.99	3.38	2.16	1.18
20	5.99	3.38	2.16	1.18	0.67
30	3.38	2.16	1.18	0.67	0.42
40	2.16	1.18	0.67	0.42	0.29
50	1.18	0.67	0.42	0.29	0.18
60	0.67	0.42	0.29	0.18	0.11
70	0.42	0.29	0.18	0.11	0.05
80	0.29	0.18	0.11	0.05	0.03
90	0.18	0.11	0.05	0.03	0.03
95	0.11	0.05	0.03	0.03	0.03
99	0.05	0.03	0.03	0.03	0.03
99.9	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
99.99	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03

Figura 7. Hidrograma de caudales para las cuatro CMEH posibles en la UH Incachaque. Se resalta en celeste el caudal ecológico asignado a dicha UH.

4.3.2. Caudal ecológico: UH Medio Bajo Pisco-Sitio 2

En la UH Medio Bajo Pisco, el caudal medio histórico simulado fue de 24.19 m³/s el cual es igualado o excedido únicamente el 27.3% del tiempo. Asimismo, el caudal de excedencia del 50% es de 6.52 m³/s, que equivale a la mediana. En la Tabla 6 se muestran los valores de los caudales que le corresponden a cada uno de los escenarios posibles de las CMEH (A, B, C y D) calculados en función del caudal de referencia. De la determinación del PEEH realizado previamente, la UH Medio Bajo Pisco presenta modificaciones mínimas del hábitat del río y del hábitat ribereños, así como de humedales, en ese sentido, está en una condición A, es decir, natural. Si se relaciona directamente el PEEH con las CMEH, le corresponde una CMEH A, es decir natural. Sin embargo, si se considera que dicha UH está ubicada en la cabecera del valle del río Pisco donde se requiere la mayor disponibilidad de agua, para uso agrícola principalmente, sobre todo durante los meses de junio a diciembre, y que durante esos meses existe déficit hídrico [19]; se decidió fijar a la UH Medio Bajo Pisco en la CMEH B. En ese sentido, esta decisión contribuirá además de garantizar el caudal ecológico, a garantizar la disponibilidad de agua para su uso aguas abajo y evitar posibles conflictos. Mantener la UH Medio Bajo Pisco en la CMEH B, requiere de un caudal ecológico de 8.16 m³/s promedio anual que equivale 257 MMC anual y que representa aproximadamente el 34% del caudal de referencia. La distribución del caudal de referencia y los caudales ecológicos, expresados en volumen, para las cuatro CMEH se muestran en la Figura 8.

Tabla 6. Caudales calculados para los 17 puntos de porcentaje fijos en la UH Medio Bajo Pisco-Sitio 2.

Porcentajes fijos (%)	Caudal de referencia (m^3/s)	Escenarios
		A	B	C	D
0.01	230.99	224.50	175.67	115.60	77.67
0.1	224.50	175.67	115.60	77.67	40.07
1	175.67	115.60	77.67	40.07	20.57
5	115.60	77.67	40.07	20.57	11.38
10	77.67	40.07	20.57	11.38	6.53
20	40.07	20.57	11.38	6.53	3.78
30	20.57	11.38	6.53	3.78	2.25
40	11.38	6.53	3.78	2.25	1.33
50	6.53	3.78	2.25	1.33	0.72
60	3.78	2.25	1.33	0.72	0.39
70	2.25	1.33	0.72	0.39	0.11
80	1.33	0.72	0.39	0.11	0.03
90	0.72	0.39	0.11	0.03	0.03
95	0.39	0.11	0.03	0.03	0.03
99	0.11	0.03	0.03	0.03	0.03
99.9	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
99.99	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03

Figura 8. Hidrograma de caudales para las cuatro CMEH posibles en la UH Medio Bajo Pisco. Se resalta en verde el caudal ecológico asignado a dicha UH.

4.3.3. Caudal ecológico: UH Bajo Pisco-Sitio 3

En la UH Bajo Pisco, el caudal medio histórico simulado fue de 23.7 m³/s, el cual es igualado o excedido únicamente el 27.2% del tiempo. Asimismo, el caudal de excedencia del 50% es de 6.04 m³/s, el cual equivale a la mediana. En la Tabla 7 se muestran los valores de los caudales que le corresponden a cada uno de los escenarios posibles de las CMEH (A, B, C y D) calculados en función del caudal de referencia. De la determinación del PEEH realizado previamente, la UH Bajo Pisco se ubicó en el PEEH C, Moderadamente Modificada, es decir los hábitats y la dinámica de la biota han sido disturbados, pero las funciones básicas del ecosistema siguen aún intactas, aunque algunas especies sensibles se han perdido o reducido en extensión. Además, existen presencia de especies invasoras. En ese sentido, le correspondería directamente la CMEH C, es decir, moderadamente modificada. Si se considera que la UH Bajo Pisco se ubica el valle del río Pisco, donde se requiere la mayor disponibilidad de agua para uso agrícola principalmente, sobre todo durante los meses de junio a diciembre, ya que durante esos meses existe déficit hídrico [19]; el aporte de los excedentes de riego o flujos de retorno que ocurren aguas abajo y la existencia de un estuario y humedales costeros que se alimentan de los excedentes de riego, se decidió mantener la UH Medio Bajo Pisco en la CMEH C. En ese sentido, se requiere de un caudal ecológico de 4.19 m³/s promedio anual que equivale 132 MMC anual y que representa aproximadamente el 18% del caudal de referencia. La distribución del caudal de referencia y los caudales ecológicos, expresados en volumen, para las cuatro CMEH se muestran en la Figura 9.

Tabla 7. Caudales calculados para los 17 puntos de porcentaje fijos en la UH Bajo Pisco-Sitio 3.

Porcentajes fijos (%)	Caudal de referencia (m^3/s)	Escenarios
		A	B	C	D
0.01	230.79	224.05	175.36	114.95	76.85
0.1	224.05	175.36	114.95	76.85	39.80
1	175.36	114.95	76.85	39.80	20.39
5	114.95	76.85	39.80	20.39	10.70
10	76.85	39.80	20.39	10.70	6.12
20	39.80	20.39	10.70	6.12	3.45
30	20.39	10.70	6.12	3.45	1.83
40	10.70	6.12	3.45	1.83	0.93
50	6.12	3.45	1.83	0.93	0.42
60	3.45	1.83	0.93	0.42	0.19
70	1.83	0.93	0.42	0.19	0.04
80	0.93	0.42	0.19	0.04	0.03
90	0.42	0.19	0.04	0.03	0.03
95	0.19	0.04	0.03	0.03	0.03
99	0.04	0.03	0.03	0.03	0.03
99.9	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
99.99	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03

Figura 9. Hidrograma de caudales para las cuatro CMEH posibles en la UH Bajo Pisco. Se resalta en Amarillo el caudal ecológico asignado a dicha UH.

5. Discusión

Un resumen de los resultados de la aplicación de la metodología desarrollada en tres sitios de la cuenca del río Pisco se muestran en la Tabla 8. En la UH Incachaque el caudal ecológico asciende a 69.5 MMC anuales que equivale al 63.54% del caudal medio anual; en la UH Medio Bajo Pisco el caudal ecológico asciende a 257.3 MMC anuales que equivale al 33.7% del caudal medio anual y el caudal ecológico asciende a 132 MMC anuales que equivale al 17.68% del caudal medio anual, lo cual reflejan de manera más realista el régimen hídrico de los curso de agua de las cuencas evaluadas y se aleja del flujo mínimo o del valor del 10% o 15% que generalmente se aplica en el Perú [20,21].

Tabla 8. Caudales ecológicos mensuales para los tres sitios evaluados y porcentaje que representan del caudal medio anual.

Mes	Caudal Ecológico (m^3/s)
	Sitio 1	Sitio 2	Sitio 3
Ago	0.123	0.381	0.096
Set	0.150	0.280	0.057
Oct	0.280	0.645	0.188
Nov	0.440	1.232	0.462
Dic	1.101	4.264	2.062
Ene	3.054	12.999	6.876
Feb	8.536	38.468	20.502
Mar	7.961	24.500	12.589
Abr	2.609	8.425	4.425
May	1.448	4.027	2.009
Jun	0.504	1.813	0.745
Jul	0.233	0.889	0.282
PA	2.203	8.160	4.191
% CMA	63.54	33.7	17.6

Nota: PA = Promedio anual, CMA = % del caudal medio anual.

Por otra parte, dado que actualmente en la cuenca del río Pisco no se han calculado los caudales ecológicos, a efectos de realizar una comparación de la metodología propuesta versus lo señalado en la R.J. N° 267-ANA-2021, que para la determinación del caudal ecológico se puede tomar como referencia el 15% del caudal medio mensual, se ha realizado dicho cálculo para las tres UH, cuyo resultado se muestran en la Figura 10. Para el caso de la UH Incachaque, si usamos la metodología propuesta, la cual considera el cálculo de cuatro escenarios de gestión del caudal ecológico, se propone que dicha UH esté en la CMEH A, es decir muy cerca de su estado natural, ya que es una cuenca de cabecera, con muy poca intervención y con un gran número de ecosistemas dependientes del agua como humedales; sin embargo, si usamos el porcentaje del 15% la UH estaría en una CMEH muy cerca a la D, la cual se aleja de régimen natural y no guarda relación con las características socioecológicas de la UH. En el caso de la UH Medio Bajo Pisco, con la metodología propuesta esta UH se ubica en la CMEH B, ya que es una cuenca con poca intervención, es decir levemente modificada, y si usamos el porcentaje del 15% la UH estaría entre las CMEH C y D, lo cual no sería lo más recomendable en las condiciones actuales de dicha cuenca. Por último, en el caso de la UH Bajo Pisco, con la metodología propuesta esta UH se ubica en la CMEH C, es decir levemente modificada, y si usamos el porcentaje del 15% la UH estaría entre las CMEH C y D, lo cual estaría ligeramente por debajo de la clase recomendada bajo las condiciones actuales de dicha cuenca; sin embargo, este escenario de alguna manera coincide con el método del 15%, pero es debido a la situación actual de la cuenca, que ya encuentra con el agua comprometida para los usos agrarios en el valle de Pisco por lo tanto su régimen hidrológico se aleja más de su estado natural, en ese sentido este escenario actual se debería tener en cuenta para las asignaciones nuevas de derechos de agua en este sector de la cuenca del río Pisco.

Figura 10. Comparación de los hidrograma de caudales para las cuatro CMEH posibles en las tres UH evaluadas y el caudal ecológico del 15% indicado en la normativa peruana.

6. Conclusiones

A diferencia de los métodos hidrológicos basados en el establecimiento de porcentajes fijos y de flujos mínimos (10% o 15%), sea a nivel estacional o mensual, la presente metodología CMEH-CDC considera en su cálculo las amenazas que existen hacia los ecosistemas acuáticos de la cuenca junto con la variabilidad espacial y temporal del régimen de flujo, teniendo como base al paradigma del régimen natural del flujo, a través de cuatros escenarios de gestión, considerando a los ecosistemas fluviales como sistemas sociales ecológicos complejos, es decir, que su integridad ecológica depende del mantenimiento de sus estructura y procesos y no de elementos individuales del ecosistema.

La presente propuesta metodológica puede aplicarse a otras cuencas del país a fin de llevar una evaluación rápida y de baja demanda de recursos para cuantificar caudales ecológicos, particularmente en las cuencas donde la información ecológica es limitada. Asimismo, la metodología desarrollada contribuye a conciliar las necesidades de agua del ecosistema y de los usuarios de agua, lo cual es de suma importancia en cuencas muy intervenidas y con derechos de agua comprometidos, del mismo modo, contribuye a reservar con fines precautorios un caudal ecológico en las situaciones opuestas, atendiendo a los principios precautorios y de sostenibilidad de la Ley de Recursos Hídricos.

Dado que aún no se ha determinado oficialmente los caudales ecológicos que se deben mantener a nivel de las UH menores de la cuenca del río Pisco, los resultados obtenidos de la aplicación de la presente propuesta metodológica, que permite calcular el caudal ecológico con fines de planificación de los recursos hídricos, son insumos para iniciar el dialogo entre las autoridades y los administrados, a fin de evitar asignar a priori un porcentaje fijo o flujo mínimo en el río como caudal ecológico. Asimismo, esta investigación puede contribuir a mejorar los instrumentos y herramientas técnicas que se usan para el cálculo del caudal ecológico en el Perú y la región, bajo un enfoque ecohidrológico de cuenca en el marco de gestión integrada de los recursos hídricos.

Agradecimientos

A la Autoridad Nacional del Agua-ANA, en especial a la Dirección de Calidad y Evaluación de Recursos Hídricos y a la Administración Local de Agua-ALA Pisco, por la información sobre recursos hídricos de la cuenca del río Pisco cedida para el desarrollo de la presente investigación.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

The author(s) reported there is no funding associated with the work featured in this article.