WaterGAP

El modelo global de agua dulce WaterGAP calcula los flujos y las reservas de agua en todos los continentes del globo (excepto la Antártida ), teniendo en cuenta la influencia humana en el sistema natural de agua dulce mediante la extracción de agua y la construcción de represas . Ayuda a comprender la situación del agua dulce en las cuencas fluviales del mundo durante los siglos XX y XXI, y se aplica para evaluar la escasez de agua , las sequías y las inundaciones , así como para cuantificar el impacto de las acciones humanas en, por ejemplo, las aguas subterráneas , los humedales , el caudal de los ríos y el aumento del nivel del mar . Los resultados de la modelización de WaterGAP han contribuido a la evaluación internacional de la situación ambiental global, incluidos los Informes Mundiales sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos de la ONU , la Evaluación de los Ecosistemas del Milenio , las Perspectivas Ambientales Mundiales de la ONU , así como a los informes del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático . WaterGAP contribuye al Proyecto de Intercomparación de Modelos de Impacto Intersectorial ISIMIP, ^{[ 1 ]} donde se generan conjuntos consistentes de ejecuciones de modelos por parte de varios modelos hidrológicos globales para evaluar el impacto del cambio climático y otros factores de estrés antropogénicos en los recursos de agua dulce en todo el mundo.

WaterGAP ( Evaluación y Pronóstico Global del Agua ) ^{[ 2 ] [ 3 ]} fue desarrollado en la Universidad de Kassel (Alemania) ^{[ 4 ]} desde 1996, mientras que posteriormente el desarrollo continuó en la Universidad Goethe de Frankfurt ^{[ 5 ]} y la Universidad Ruhr de Bochum . Consta del Modelo Hidrológico Global WaterGAP (WGHM) ^{[ 6 ] [ 7 ]} y cinco modelos de uso del agua para los sectores de riego , ^{[ 8 ]} ganadería , hogares, manufactura y refrigeración de centrales térmicas . ^{[ 9 ]} Un componente adicional del modelo calcula las fracciones del uso total del agua que se extraen de aguas subterráneas o superficiales (ríos, lagos y embalses). ^{[ 10 ]} El modelo se ejecuta con una resolución temporal de 1 día; WaterGAP 2 tiene una resolución espacial de 0,5 grados de latitud geográfica × 0,5 grados de longitud geográfica (equivalente a 55 km × 55 km en el ecuador) ^{[ 3 ]} y WaterGAP 3 una resolución espacial de 5 minutos de arco × 5 minutos de arco (9 km × 9 km). ^{[ 11 ]} La entrada del modelo incluye series temporales de datos climáticos (por ejemplo, precipitación, temperatura y radiación) e información como características de cuerpos de agua superficiales ( lagos , embalses y humedales ), cobertura terrestre , tipo de suelo, topografía y área irrigada.    

WGHM calcula series temporales de escorrentía superficial y subsuperficial rápida , recarga de agua subterránea y descarga fluvial, así como variaciones de almacenamiento de agua en el dosel, nieve, suelo, agua subterránea, lagos, humedales y ríos. ^{[ 3 ]} De esta manera, cuantifica los recursos hídricos renovables totales, así como los recursos de agua subterránea renovables de una celda de cuadrícula, cuenca fluvial o país. La precipitación en cada celda de cuadrícula se transporta a través de los diferentes compartimentos de almacenamiento, donde el agua también puede evapotranspirarse. La ubicación y el tamaño de los humedales, lagos y embalses se definen mediante la base de datos global de lagos y humedales (GLWD), ^{[ 12 ]} y la base de datos GRanD de embalses artificiales. ^{[ 13 ] [ 14 ]} El almacenamiento de agua subterránea se ve afectado por la recarga difusa de agua subterránea a través del suelo y por la recarga puntual de cuerpos de agua superficiales. ^{[ 10 ]} La recarga difusa de agua subterránea se modela como una función de la escorrentía total, el relieve, la textura del suelo, la hidrogeología y la existencia de permafrost o glaciares. ^{[ 7 ]} La escorrentía celular se dirige aguas abajo hasta que llega al océano o a un sumidero interno. Para permitir una representación plausible de la situación real del agua dulce, la versión 2.2d de WGHM se ajusta con respecto al caudal medio anual a largo plazo observado en 1319 estaciones de aforo. ^{[ 3 ]} El rendimiento de WGHM con respecto a las observaciones de caudal se ha comparado en varios estudios con el de otros modelos hidrológicos globales tanto para Europa ^{[ 15 ] [ 16 ]} como para el mundo, ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} mientras que el rendimiento con respecto a la anomalía del almacenamiento total de agua de GRACE se comparó globalmente ^{[ 21 ] [ 22 ]} y para los acuíferos de EE. UU. ^{[ 23 ]}

Recursos hídricos renovables totales, en mm/año (1 mm equivale a 1 L de agua por m2) (promedio 1981-2010). ^{[ 3 ]}

Recursos hídricos subterráneos renovables totales, en mm/año (1 mm equivale a 1 L de agua por m2) (promedio 1981-2010), que forman parte de los recursos hídricos dulces renovables totales y representan el máximo que se puede extraer sin agotar las aguas subterráneas. ^{[ 3 ]}

En WaterGAP, el modelado del uso del agua se refiere al cálculo de las extracciones de agua (abstracciones) de cuerpos de agua subterránea o superficial (lagos, embalses y ríos), de los usos consuntivos del agua (la fracción del agua extraída que se evapotranspira durante su uso) y de los flujos de retorno a cuerpos de agua subterránea o superficial. El uso consuntivo del agua de riego se calcula mediante el Modelo Global de Riego ^{[ 8 ] [ 24 ]} como una función del área irrigada ^{[ 25 ]} y el clima en cada celda de la cuadrícula. El uso del agua para la ganadería se calcula como una función del número de animales y los requerimientos hídricos de los diferentes tipos de ganado. El uso doméstico e industrial se basa en valores nacionales de extracciones de agua en diferentes momentos. ^{[ 9 ]} La evolución temporal del uso nacional del agua en los hogares se basa en datos estadísticos modelados como una función del cambio tecnológico y estructural (este último como una función del producto interno bruto), teniendo en cuenta el cambio demográfico. La evolución temporal del uso del agua en la industria manufacturera tiene en cuenta el cambio tecnológico y la evolución del valor agregado bruto de la industria manufacturera. Los valores nacionales del uso de agua doméstica e industrial se reducen a las celdas de la cuadrícula utilizando la densidad de población y la densidad de población urbana, respectivamente. ^{[ 9 ]} El uso de agua para la refrigeración de centrales térmicas tiene en cuenta la ubicación y las características de las centrales térmicas. ^{[ 9 ]} Se calculan series temporales de valores mensuales del uso de agua de riego, mientras que se supone que todos los demás usos son constantes durante todo el año y que solo varían de un año a otro. Con base en las extracciones de agua sectoriales y el uso consuntivo calculados por los cinco modelos de uso de agua, el componente del modelo GWSWUSE calcula las extracciones de agua superficial y los flujos de retorno a las aguas subterráneas y superficiales, así como la extracción neta total de aguas subterráneas y superficiales en cada celda de la cuadrícula. ^{[ 10 ]}

Desarrollo de las extracciones de agua (suma de los flujos de retorno y el uso consuntivo) y el consumo de agua (la cantidad de agua que se evapotranspira o se incorpora en productos, colores claros) de los cinco sectores de uso del agua considerados en WaterGAP para 1901–2010 ^{[ 26 ]}

Extracciones de agua alrededor del año 2000, en mm/año. ^{[ 10 ]}

WaterGAP se ha aplicado para evaluar qué áreas del mundo están y estarán afectadas por el estrés hídrico y para estimar el balance mundial de agua dulce. ^{[ 3 ]} En muchos estudios, WaterGAP sirvió para estimar el impacto del cambio climático en el sistema mundial de agua dulce, por ejemplo, en el agua subterránea, ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} los humedales, ^{[ 30 ]} el caudal de los arroyos ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} y las necesidades de riego. ^{[ 35 ]} Se analizó el estrés hídrico subterráneo y el agotamiento de los recursos hídricos subterráneos . ^{[ 36 ] [ 37 ]} Además, se estudió la alteración de las características ecológicamente relevantes del flujo de los ríos y la dinámica de los humedales debido al uso humano del agua y las represas. ^{[ 13 ] [ 30 ]} Las series temporales de anomalías del almacenamiento total de agua de WaterGAP se utilizaron para procesar e interpretar la medición satelital GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment ) de la gravedad dinámica de la Tierra, ya que para los continentes, los cambios de gravedad estacionales y a largo plazo son causados ​​en gran medida por cambios en el agua almacenada en aguas subterráneas, aguas superficiales, suelo y nieve. ^{[ 38 ] [ 39 ]} Estas series temporales también sirvieron para estimar la contribución de las variaciones del almacenamiento de agua en los continentes al aumento del nivel del mar. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Los resultados de WaterGAP también se utilizan en evaluaciones del ciclo de vida para tener en cuenta el estrés hídrico en los sitios de producción. ^{[ 42 ]}

Estrés hídrico subterráneo: Extracciones de agua subterránea en 2010 como porcentaje de los recursos hídricos subterráneos renovables. Es probable que las regiones púrpuras sufran agotamiento de las aguas subterráneas, con descenso de los niveles freáticos. ^{[ 37 ]}

Valores globales de los recursos hídricos y del uso humano del agua (excluyendo la Antártida). Recursos hídricos entre 1961 y 1990, uso del agua alrededor del año 2000.