Análisis hidroeconòmico de adaptación al cambio climático en sistemas de gestión de recursos hídricos empleando reutilización de aguas residuales. Aplicación a la cuenca del río Elqui, Chile

Abstract

[ES] En los últimos años el Estado de Chile, a través de los trabajos realizados por la Dirección General de Aguas (DGA) y el Ministerio de Medio ambiente, ha levantado una preocupación debido a la menor disponibilidad de agua esperada, evidenciada por diversos estudios de vulnerabilidad social, económica y ambiental frente al cambio climático. Además de dicha vulnerabilidad, es evidente la mejorable gestión del uso conjunto de aguas superficiales y subterráneas, que, hasta ese momento, no era considerada frecuentemente en los estudios hídricos realizados en Chile (Dirección General de Aguas (DGA), 2020). Para subsanar la brecha de planificación hidrológica, el Estado de Chile ha trabajado en los denominados ¿Planes Estratégicos de Recursos Hídricos¿ (PEGH en adelante) en las principales cuencas hidrográficas del país. Estos planes proponen emplear modelos de simulación de recursos hídricos con los datos disponibles, sin contemplar análisis económicos detallados, que son importantes para la toma de decisiones de inversión. En este documento se estudiará el caso del sistema de recursos de la cuenca del río Elqui. La gestión de recursos de este sistema es cada vez más compleja y difícil de realizar debido a su fragilidad, especialmente en el suministro de agua para regadío en el sector agrícola, principal usuario del agua y esencial actividad productiva para el desarrollo de la región, que depende del cultivo, el suelo y su infraestructura (Dirección General de Aguas (DGA), 2020). Para mitigar la fragilidad del sistema evidenciada y adaptarse al cambio climático, el PEGH del Elqui simula escenarios de dos medidas de adaptación: la instalación de una planta desaladora en los sectores costeros y la recarga artificial de acuíferos en la zona del Elqui Bajo. Para complementar las medidas de adaptación, el presente trabajo incluirá una nueva medida: la reutilización de aguas desde las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), en Chile denominadas Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS). Para lo anterior se ha realizado un desarrollo metodológico que permite estimar la prefactibilidad técnico-económica de implementar en el corto plazo dicha medida. Se tomará en cuenta la experiencia internacional y las normativas que rigen al país en estas materias. En primera instancia y de acuerdo con los antecedentes recopilados, junto con los propios del modelo, se evalúan las EDAR del sistema Elqui, tomando en cuenta su caudal de aportación, el medio receptor y su influencia en el balance hídrico. Del análisis anterior se define la mejor opción de reutilización de aguas residuales, en este caso la EDAR ubicada en el sector costero, específicamente en la ciudad de La Serena y su límite con la ciudad de Coquimbo. El siguiente paso es realizar un análisis técnico-económico que determine la ubicación de la inyección de la nueva oferta hídrica en los sectores con mayor déficit de recurso hídrico. En este caso, se determina que uno de los lugares más vulnerables de la cuenca es el estero El Culebrón. Con los datos aportados del modelo actual del PEGH y estudios tarifarios de empresas sanitarias se construye un nuevo modelo de simulación específico en la zona, con la herramienta software WEAP (Water Evaluation And Planning). Utilizando el modelo se proponen nuevos escenarios de gestión específicos hasta el año 2050, se analizan los usos de agua y demandas a los cuales incorporar el nuevo recurso de reutilización, tomando en cuenta el manejo integrado de usos, las características de la cuenca, sus fuentes superficiales y subterráneas. Finalmente, con los resultados de los déficits de demanda calculados y mediante la definición de funciones económicas de demanda se realiza un análisis hidroeconómico para determinar el coste de escasez asociado a los déficits en las demandas, el incentivo de aumentar las superficies regadas y/o ayudar a la sustentabilidad de acuíferos. Además de lo anterior se incorporan al análisis los antecedentes

[EN] In recent years, the State of Chile, through the work of the General Directorate of Water (DGA) and the Ministry of Environment, has raised a concern due to the lower than expected availability of water, evidenced of various social, economic and environmental studies in the face of climate change. In addition to this social vulnerability, it is evident the improvable management of the joint use of surface and groundwaters, which until now was not frequently considered in the water studies carried out in Chile (General Directorate of Waters (DGA), 2020). To restore the hydrological planning gap, the State of Chile has worked on the so-called "Strategic Water Resources Plans" (PEGH) in the main hydrographic basins of the country. These plans propose using simulation models of water resources with the available data, without contemplating detailed economic analysis, which are important for making investment decisions. This document will study the Elqui river basin resource system case. The resource management of this system is increasingly complex and difficult to carry out due to its fragility in the supply of water for agricultural irrigation. The agricultural sector is the main user of water as it is an essential productive activity for the development of the region, which is also dependant on the crops, the soil and its infrastructure (General Directorate of Waters (DGA), 2020). To mitigate the evidenced fragility of the system and adapt to climate change, the Elqui PEGH simulates scenarios of two adaptation measures: the installation of a desalination plant in the coastal sectors and the artificial recharge of aquifers in the Elqui Bajo area. To complement the adaptation measures, this document will include a new measure: the reuse of water from the Wastewater Treatment Plants (EDAR) in Chile called Sewage Treatment Plants (PTAS). To do so, a methodological development that allows estimating the technical-economic pre-feasibility of implementing this measure in the short term has been carried out. The international experience and the regulations that govern the country in these matters will also be taken into account. At first instance and in accordance with the information collected along with those of the model, and the WWTPs of the Elqui system an evaluation is made taking into account their input flow, the receiving environment and their influence on the water balance. From the previous analysis, the best option for wastewater reuse is defined, in this case it is the WWTP located in the coastal sector specifically in the city of La Serena and its border with the city of Coquimbo. The next step is to carry out a technical-economic analysis that determines the location of the injection of the new water supply in the sectors with the greatest deficit of water resources. On this occasion, it is determined that one of the most vulnerable places in the basin is the El Culebrón estuary. With the data provided from the current PEGH model and tariff studies from sanitation companies, a new specific simulation model is built in the area, with the WEAP (Water Evaluation And Planning) software tool. Using the model, new specific management scenarios are proposed until the year 2050. The water uses and demands to which to incorporate the new reuse resource are analyzed, taking into account the integrated management of uses, the characteristics of the basin, such as its surface and underground sources. Finally, with the results of the calculated demand deficits and through the definition of economic demand functions, a hydroeconomic analysis is carried out. This objective is to determine the scarcity cost associated with the demand deficits, the incentive to increase the irrigated surfaces and/or help to the sustainability of aquifers. In addition to the above, the economic background of production, construction costs and implementation are incorporated into the analysis. With these results, conclusions will be obtained that wi