A review on drought concepts.

This week I’ll summarize two very relevant articles on #drought concepts that I found during the current literature review I’m doing for my MSc. thesis .  These papers are key to my research and they where written  by Ashok K. Mishra and Vijay P. Singh  (2010) in the Journal of Hydrology.

The purpose this summary is to give brief overview of what a drought actually is and how it has been studied over the years, and for what purposes.

Drought as natural hazard.

A natural hazard is a threat of a naturally occurring event that will have a negative effect on people or the environment. The reasons for the occurrence of droughts are quite complex, since they depend not only in the atmosphere but also on the hydrologic processes, which feed moisture to the atmosphere. The lesser the relative humidity the less probable the rainfall becomes, as it will be harder to reach saturation conditions.

Droughts rank first among all natural hazards when measured in terms of number of people affected (Obasi, 1994; Hewitt 1997). For  this reason it is important to understand the nature of droughts.

  • The onset and the end of a drought are very difficult to determine, the impacts of a drought increase slowly and often accumulate over a period of time
  • It is difficult to define a drought because there is no universal definition of drought.
  • Drought impacts are non-structural and spread over large geographical areas.
  • Human activities can directly trigger a drought unlike other natural hazards.

Classification of droughts.

  1. Meteorological drought: Lack  of precipitation over a region for a period of time.
  2. Hydrological drought: A period of inadequate surface and subsurface water resources for established uses of a given water resource management system.
  3. Agricultural drought: Declining soil moisture and consequent crop failure.
  4. Socio-economic drought: When the demand of water as an economic good exceeds supply as a result of shortage in water supply.
  5. Groundwater drought: When groundwater systems are affected by droughts, first ground water recharge and later groundwater levels and discharge decrease.

How to measure/detect drought?

Drought indices are prime variables for assessing the effect of a drought and defining parameters such as: intensity, duration, severity and spatial extent. All of this indices have their strengths and limitations which I will not describe in this post.

Standardized Precipitation Index (SPI): Long-term precipitation records are fitted to a probability distribution, then it is transformed to a normal distribution and analyzed.

Palmer Drought Severity Index (PDSI): Precipitation and temperatue are analyzed for estimating moisture supply and demand  within a two layer soil model.

Crop Moisture Index (CMI): Using weekly values of temperature and precipitation to compute a simple moisture budget. Used to evaluate short-term moisture conditions (week to week).

Surface Water Supply Index (SWSI):  Hydrological drought index calculated on monthly non-exceedance probability form historical records of reservoir storage, streamflow, snow pack and precipitation.

Vegetation Condition Index (VCI): Satellite remote sensing provides a synoptic view of the land and spatial context for measuring drought impacts which have proved to be a valuable source of timely, spatially continuous data on monitoring vegetation dynamics over large areas.

What are scientists looking for?

Drought forecasting:  There are several statistical models: regression, time series, drought probably and hybrid models.

Probabilistic characterization on parameters such as: severity, duration, intensity frequency area.

Spatio-temporal analysis: the impacts of droughts are evaluated with the parameters previously mentioned through the area of study and through its evolution in time.

Modeling climate change scenarios: Derived from global climatic models (GCM) spatio-temporal climate variability and its effects on the hydrology are modeled.

Land assimilation system for drought models: Remote sensing satellite observations on: land cover classification and a priori parameterization of vegetation dynamics.

Drought Management

To overcome the challenges due to increased drought recurrences and to reduce impacts there needs to be strategies to maintain water security.

Effective management:

A)    Impacts of natural triggered hydro-meteorological variability on water resources.

B)    Planning using the information obtained from models above mentioned.

Decision Support Systems (DSS)

Inputs Outputs
  • Precipitation
  • Reservoir Inflow
  • Historical Water Demand

 

  • The reservoir capacity  based on different scenarios and comparison of current demands and future drought scenarios.
  • Multivariate drought characterization
  • Risk based measures of reservoir performance based on the models previously mentioned.

 

Historia gráfica del agua en la Ciudad de México.

Esta semana me he dado a la tarea de tratar de entender la historia del agua en la Ciudad de México; desde la fundación de Tenochtitlan, la capital del Imperio Azteca hasta a las últimas obras de infraestructura que están por inaugurarse este año 2012.

Creo que es muy importante recordar la historia y saber de donde venimos para saber por que estamos donde estamos. Y así decidir hacia donde queremos caminar en el futuro. En lo personal la forma mas fácil de visualizar la historia es con líneas de tiempo, en donde entender la cronología de manera gráfica es mas importante que memorizar fechas.

En la galería abajo podrás encontrar una línea del tiempo en donde he vaciado la historia del agua cuenta 688 años de manejo en una cuenca endorreica (cerrada por naturaleza).

Esta línea del tiempo esta basada en la siguiente publicación:

Fabiola S. Sosa-Rodriguez (2010): Impacts of Water-management Decisions on
the Survival of a City: From Ancient Tenochtitlan to Modern Mexico City, International Journal of
Water Resources Development, 26:4, 675-687

 

La línea del tiempo completa.

Línea del tiempo parte 1

Línea del tiempo parte 2

Línea del tiempo parte 3

El nexo AGUA/ENERGIA y por que la CFE y la CONAGUA deberían sentarse ya a dialogar.

Creo que la forma mas fácil de comprender el nexo AGUA/ENERGÍA es entender que el agua es un consumidor y un productor de energía eléctrica. La energía es motivo de atención en todas las etapas de producción y en la cadena de suministro del agua; extracción, almacenamiento, tratamiento/purificación, distribución y transporte de deshechos. Al mismo tiempo el agua se utiliza para generar energía en las hidroeléctricas, termoeléctricas, energía nuclear y  los biocombustibles. Por lo tanto cualquier modificación en el sistema de agua o energía, muy probablemente afecte directa o indirectamente al otro sistema.

Se estima que la población mundial aumentará a 8 mil millones (8 x109 ) personas para el 2025  (ojo solo faltan 13 años) y en donde el cambio climático podrá aún más presión sobre los recursos hídricos. Atender la oferta y  demanda de agua y energía va a ser un gran reto. Esta situación será  más aún más difícil para aquellos países pobres y con poca capacidad para adaptarse.

Malick (2007) dice que frecuentemente,  los planificadores del sector energetico se han ocupado de la producción y los sistemas de abastecimiento y en cierta medida en el logro de una mayor eficiencia en el uso intensivo de energía como la industria y el transporte. Mientras tanto, los planificadores del agua han ocupado más en resolver problemas como  la escasez de agua, aumento de la oferta y la gestión y, en cuestiones de contaminación del agua.  Sin embargo amos han fallado en entender como el nexo AGUA/ENERGÍA puede resolver holisticamente muchos de sus problemas.

Tomando lo anterior en cuenta, es muy importante entender que conservando el agua y haciendo un uso mas eficiente de la misma es posible reducir el consumo energético. Un ejemplo claro de esto es que cuando usamos el agua de manera local (es decir reducir la exportación-importación del agua) se reduce de manera considerable el consumo energético.

AGUA/ENERGÍA en la agricultura:

El sector agropecuario es normalmente  el mayor consumidor de agua en el mundo. No toda la agricultura necesita energía; únicamente aquella que para irrigar se bombea agua subterránea o superficial. Este tipo de agricultura consume un porcentaje importante de la energía. La tecnificación en los sistemas  de riego y la implementación de infraestructura  eléctrica eficiente  puede hacer que el sector agrícola sea menos  intensivo en el consumo de ambos recursos.

AGUA/ENERGÍA el abastecimiento de las zonas urbanas:

Importar el agua de lugares remotos definitivamente es lo que hace que el agua sea intensiva en el uso energía. El mejor ejemplo de esto es el Sistema Cutzamala en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.  Este sistema que importa 30% del agua que consume el DF desde la cuenca Cutzamala (Michoacán) consume 2 mil 280 millones de kilowatts cada hora. Además ~40% del agua en el DF se pierde en fugas.

En mi opinión la CFE y la CONAGUA deberían de sentarse a platicar por que esta situación es simplemente insostenible y no es excepcion del DF. Y en esta plática los siguientes seis temas deberían de ponerse sobre la mesa.

  • Como promover de reciclaje de agua local y el reuso del agua gris.
  • La generación de energía renovable en el sector del agua.
  • El uso eficiente del agua.
  • Medidas para eficiencia de los sistemas eléctricos.
  • Manejo del agua de lluvia que nos permite utilizar más agua a nivel local.
  • Reconsiderar como se cobran los diferentes usos del agua/energía (con el propósito de obligar a los privados a eficientar ).

Yo creo que en el futuro se vienen tiempos dificiles pero vamos a tener que adaptarnos. Y en este proceso hay muchas oportunidades para hacer las cosas de manera diferente.

Referencias.

R. P. S. Malik, 2002; Water-Energy Nexus in Resource-poor Economies: The Indian experience; Agricultural Economics Research Centre, University of Delhi,

Leer más sobre el sistema Cutzamala en Suite101: Sistema Cutzamala: El reto de abastecer a la Ciudad de México | Suite101.net http://suite101.net/article/el-sistema-cutzamala-a5688#ixzz1v46PZSsl

The 2011-2012 drought in Mexico: The suicides scandal, the facts and the presidential debate.

In January 2012,  news of collective suicides of members of the Raramuri nation driven by hunger provoked by  drought  in the Sierra Tarahumara region in Mexico  was cover story in every newspaper in the country . Civil society responded immediately sending food and bottled water to this remote communities in the northern state of Chihuahua. Even though ther  is still a lot of skepticism about the veracity of this tragedy, the state of emergency caused by the current drought (and not only in the Tarahumara region) shouldn’t be taken lightly.

The North American Drought Monitor is an effort made by the US, Canada and México to detect  meteorological drought.

In the image below we can see that the southern United States, north and central Mexico presented severe, extreme and exceptional drought by the 31 of  January 2012.

This monitor should be take very seriously by decision makers  in the country due to the fact that all the population is influenced directly or indirectly by water availability. Drought is different form other hydro-meteorological  extreme phenomenon. Because of its progressive nature, it’s effects tend to be to be silent and slow. But we have seen through history that a sever drought can be completely devastate societies.

Finally I would like to add something on the context of the first presidential debate that took place last Sunday 6th of May. Contrary to what I expected, water is not on the agenda of any candidate which is is alarming. During the debate there was no mention whatsoever of water issues in Mexico.

The current Mexican water management  will lead irrevocably to hydric stress, and get to severe social problems that affect the Mexican economy and strong society. It is necessary first of all admit all  current water  issues (scarcity, floods, pollution, exploitation of aquifers, management corruption). There are various studies that foresee that climate variability will increase the frequency, duration and severity of drought throughout the country. For this reason, it is necessary to take urgent measures to propose solutions for the short, medium and long term. Sending food and bottled water is an emergency measure but it  definitely does not solve the problem from its root.

La sequía 2011-2012 en México: El escándalo de los suicidios, los datos duros y el primer #debate2012.

En enero 2012, la noticia de suicidios colectivos de miembros de la etnia Raramuri en la Sierra Tarahumara a causa de hambruna provocada por la sequía, atrajo la atención de todos los medios de comunicación. La sociedad civil respondió inmediatamente enviando comida y agua embotellada a esta semi-abandonada (por el gobierno) y en muchos casos inaccesible zona de Chihuaha. Existe mucho escepticismo sobre la veracidad de que hayan estos suicidios colectivos se hayan llevado acabo sin embargo hay datos duros que resaltan que la sequía actual ha afectado fuertemente al país y no solamente en la zona Tarahumara.

Image

El Monitor de Sequías de Norteamérica (NADM en inglés) es un esfuerzo entre Estados Unidos, Canadá y México para la detección de sequía meteorológica. En la figura a que se presenta continuación se puede observar como en enero 31 2012 el sur de los Estados Unidos, el norte y centro de México enfrentaron en grandes extensiones de territorio sequía severa, extrema y hasta excepcional en algunas zonas.

Estas observaciones deben de ser tomadas con mucha seriedad por parte de todos aquellos organismos administradores que tienen de manera directa o indirecta dependen del agua. La sequía tiene la peculiaridad de ser un evento que al ser progresivo es silencioso y lento (comparado con otros eventos meteorológicos extremos como los huracanes) pero con efectos devastadores para las poblaciones y economías.

En general en nuestro país la administración de los recursos naturales es gesta por diferentes instancias (o secretarías) que nunca han tenido un dialogo entre sí. Y aún que el agua es un recurso del que todos dependen, no existen mecanismos eficientes para la gestión integral del recurso. Por ejemplo, la CONAFOR tiene un servicio de pago ambientales hidrológicos, en donde a los campesinos mexicanos se les paga por conservar sus bosques como forma de mantener un equilibrio eco-hidrológico, pero cuando llegan los apoyos de PROCAMPO entonces se reparten incentivos para la agricultura y entonces la conservación de los bosques pasan a segundo plano.

En el contexto del primer debate presidencial llevado acabo el pasado domingo 6 de Mayo, no hubo mención alguna del problema del agua que enfrenta México en la actualidad. Yo esperaba que en la sección de dialogo sobre desarrollo sostenible o desarrollo social se tocaría el importantísimo tema del agua. Por lo que me deja con la impresión de que definitivamente no esta en la agenda de ningún candidato.

Es necesario primero que nada admitir que existe un problema actual de agua (en todos sentidos desde la escasez, inundaciones, contaminación, la sobreexplotación de acuíferos hasta corrupción en la administración del recurso) que no termina la próxima temporada de lluvias. Hay suficientes estudios que preveen que la variabilidad climática aumentará la frecuencia, duración y severidad de la sequía en todo el territorio nacional. Por esto mismo, es necesario tomar medidas urgentes que propongan soluciones de corto, mediano y largo plazo. Recordemos que enviar despensas y agua embotellada es una medida de emergencia y definitivamente no resuelve el problema de raíz.

Quick Review on Moctezuma Watershed: A Google Earth approach.

I think the way in which projects are presented to decision  makers determines their interest on you and your work.  I think I have been persistent in this matter and finally  I have succeeded in  creating interest in people who are willing to give me a scholarship to do research!!!

Here I present to you a video that was a part of the Prezi presentation I gave to the Board of Water and Drainage of  Hidalgo in the city of Pachuca.

In the video (now translated to english) I present a brief review on the hydrological conditions of the watershed.

Methodology:

In  my recent passion for maps I’ve found that Google Earth is an extraordinary tool to visualize biophysical contexts in a very user-friendly way. So I decided to  export form ArcGIS 9.3 to Google Earth the following  shapefiles obtained form the National Institute of Statistics and Geography’s (INEGI in spanish) website.

  • Hidalgo State delineation
  • Moctezuma Watershed delineation.
  • Twenty sub-watersheds  delineation contained in Moctezuma.
  • Only two of the twenty hydrological networks; the Salado River and the Moctezuma River.

Finally I used a screen-casting software  to record Google Earth,  added some text and cool jazz to it.

I hope you find it interesting.

Music: Jazzhole by Free the Robots

Proyecto Grijalva: Toma de muestras Motozintla y Huitiupan – Tlacotalpa (módulo 1 y 2).

Nuestro interés es conocer la cantidad y calidad de agua en  2 módulos de la cuenca Grijalva: Motozintla (parte más alta en lado mexicano) y Huitiupan-Tacotalpa (zona media en la frontera de Chiapas y Tabasco).

Para lograr este objetivo se decidió tomar muestras in situ en diferentes épocas del ciclo hidrológico, en esta ocasión  se llevaron a cabo en la temporada de lluvias.  In situ se  analizamos el pH, el oxigeno disuelto, la temperatura, la velocidad y el perfil. Estos dos últimos para calcular caudal y sólo fueron llevados a cabo en los sitios donde nos fue posible la medición. Con las muestras obtenidas se pretende medir metales pesados y  posibles coliformes fecales en el agua. Con los ejemplares obtenidos se llevaron al laboratorio para obtener:

  1. Dureza total (como Caco3)
  2. Nitratos (como N)
  3. Nitritos (como N)
  4. Fosfatos como fosforo
  5. Sólidos disueltos totales
  6. Turbidez
  7. Sólidos suspendidos totales
  8. Demanda bioquímica de oxígeno
  9. Nitrógeno total
  10. Fósforo total
  11. Organismos coliformes totales y E. coli
  12. Demanda química de  oxigeno
  13. Determinación de metales pesados cobre, cromo, níquel, plomo y zinc

A continuación se muestran fotografías sobre el equipo y el muestreo en Motozintla.

PROXIMAMENTE FOTOS DE HUITIUPAN-TACOTALPA.

El equipo.(botas de lluvia, cuerdas, Flowmeter, regla de 1m, GPS, brujula, cinta métrica)

Tomando medidas para perfil y calculo de caudal.

Midiendo Oxigeno disuelto en el agua y Ph.

El equipo al termino de las muestras en Motozintla.

De izquierda a derecha : Andrés Sierra (yo), Hugo Santacreu y Karim Musalem