Regulation for the Selection of the Methodology for Calculating Environmental Flow and Evaluating Cumulative Hydric ImpactReglamento para la selección de la metodología para el cálculo del caudal ambiental y evaluación del impacto hídrico acumulado

To establish the procedure for selecting the methodology by which environmental flow (caudal ambiental) in a water body (cuerpo de agua) must be calculated, in addition to the assessment of the condition of the water body (cuerpo de agua), based on the evaluation of the accumulated hydric impact; with the purpose of ensuring the sustainability of the water resource and the associated environment.

It is mandatory for application throughout the national territory and for all water use (aprovechamiento de agua) intended to be carried out in public domain watercourses (cauces) in adherence to the provisions of the Water Law No. 276.

For the purposes of this Regulation, the following shall be understood as:

• a)Gauging (Aforo): Set of operations to determine the flow (caudal) in a surface water current for a recorded level.
• b)Hydrological Year (Año hidrológico): A 12-month period that begins with the rainy season and ends with the end of the dry season and repeats cyclically, which varies according to the climatic region and climatic variability.
• c)Protected Wilderness Area (Área Silvestre Protegida): delimited geographical zones, constituted by lands, wetlands, and portions of the sea. They have been declared as such for representing special significance due to their ecosystems, the existence of threatened species, their repercussion on reproduction and other needs, and their historical and cultural significance. These areas will be dedicated to the conservation and protection of biodiversity, soil, water resources, cultural resources, and ecosystem services in general (article 58 of the Biodiversity Law (Ley de Biodiversidad) Nº7788).
• d)Artisanal or Mobile Intake (Captación artesanal o móvil): A structure whose function is the diversion of the authorized flow (caudal), built without using construction aggregates that fix it to the watercourse (cauce) or its banks. It is an easily removable structure that generates a low impact on the watercourse (cauce). Mobile pump systems are included in this definition.
• e)Partial Fixed Intake (Captación fija parcial): A structure whose function is the diversion of the authorized flow (caudal), built by means of a fixed structure using construction aggregates, which generates a greater impact on the flow and diversion of the flow (caudal); this partially covers the cross section of the watercourse (cauce). Fixed pump systems are included in this definition.
• f)Total Fixed Intake (Captación fija total): A structure whose function is the diversion of the authorized flow (caudal), built by means of a fixed structure using construction aggregates, which generates a greater impact on the flow and diversion of the flow (caudal); this covers the entire cross-section of the watercourse (cauce).
• g)Watercourse (Cauce): The channel where surface waters naturally flow and corresponds to the land covered by the waters in the largest ordinary floods (crecidas ordinarias) over a return period of one hydrological year (año hidrológico), according to article 69 of the Water Law (Ley de Aguas) N°276.
• h)Flow (Caudal): Volume of water passing through a point in a determined time. Expressed in units of volume per time.
• i)Environmental Flow (Caudal Ambiental): flow of water in quantity, periodicity, and quality required in the watercourse (cauce) to sustain freshwater and estuarine ecosystems and the human well-being that depends on these ecosystems, allowing sustainable use (aprovechamiento) of water. Expressed in units of volume per time.
• j)Mean Annual Flow (Caudal medio anual): It is the average flow (caudal) obtained by adding the mean daily flows (caudales) for the year and dividing by the number of days in the year. Also known as mean flow (caudal) during a year. Expressed in units of volume per time.
• k)Mean Monthly Flow (Caudal medio mensual): It is the average flow (caudal) obtained by adding the mean daily flows (caudales) for the month and dividing by the number of days in the month. Also known as mean flow (caudal) of the month. Expressed in units of volume per time.
• l)Minimum Recorded Flow (Caudal mínimo registrado): is the flow (caudal) recorded during the dry season or the transition period to the rainy season, corresponding to the low-water period (estiaje). It is expressed in units of volume per time.
• m)Required Flow (Caudal requerido): It is the flow (caudal) that satisfies the needs of the applicant for a concession or registration (inscripción), determined according to the allowances (dotaciones) for each activity.

It is expressed in units of volume per time.

• n)Requested Flow (Caudal solicitado): It is the flow (caudal) stated in the application for concession or registration (inscripción), as applicable. It is expressed in units of volume and time. It is expressed in units of volume per time.
• o)Water Concession (Concesión de agua): It is the administrative act by which the State, through MINAE, temporarily authorizes and with conditions the use (aprovechamiento) of water to private or public persons; natural or legal.
• p)Ordinary Flood (Crecida Ordinaria): It is the maximum ordinary flood flow within the hydrological year (año hidrológico) of a watercourse (cauce).
• q)Water Body (Cuerpo de Agua): That which is produced by runoff generated from precipitations and/or by the outcropping of underground waters. They can appear in the form of a current, river, stream, brook; which can be of permanent or intermittent flow; in addition, a lake, lagoon, marsh, natural or artificial reservoir, estuary, mangrove, peat bog, swamp.
• r)Allowance (Dotación): Amount of water per unit of production or consumption, determined by the needs of the particularity of each of the uses; considering the variable of efficiency in its integral use (aprovechamiento).
• s)Rainy Season (Época lluviosa): Period of the year where days with rain predominate consecutively and for several months.
• t)Dry Season (Época seca): Period of the year characterized by dry days consecutively and over several months.
• u)Evaluation of accumulated hydric impact: It is the result of the integral analysis of the condition of a water current, regarding the required flow (caudal) and its temporality; the available flow (caudal) considering the sum of the flow (caudal) concessioned or registered (inscrito) in the evaluated water body (cuerpo de agua), as well as applications in process at the time of the analysis, which are duly entered in the National Registry of Concessions administered by the Water Directorate (Dirección de Agua).
• v)Registration (Inscripción): It is the administrative act of recording a water use (aprovechamiento de agua) in the National Registry of Concessions in accordance with article 18 of the Water Law (Ley de Aguas) N°276.
• w)Usable Flow Percentage (Porcentaje de Caudal aprovechable): It is the relationship between the required flow (caudal) and the average of minimum flows (caudales) recorded during the dry season or the transition period to the rainy season. Expressed in units of volume per time.
• x)Intake Point (Punto de captación): Point of location in the watercourse (cauce) where the user is authorized to divert the water resource for their use (aprovechamiento).
• y)Control Point (Punto de control): Site in the watercourse (cauce) where periodic measurements of one or several defined variables are made, in order to have control over the state of the water body (cuerpo de agua).

Definition of the methodology to be used for calculating environmental flow (caudal ambiental).

For the determination of environmental flow (caudal ambiental), it must be calculated based on the analysis of the intended water use (aprovechamiento de agua) and applying the procedure established in this regulation.

This may be carried out by the Administration or the Administered Party as provided in the Water Law (Ley de Aguas) Nº276 or when the Ministry of Environment and Energy (MINAE), through the Water Directorate (Dirección de Agua), requests it by means of a reasoned resolution.

To define the methodological group by which the environmental flow (caudal ambiental) will be determined, the following must be applied:

• a)The variables of the water use (aprovechamiento de aguas) are analyzed, according to column 1 of table 1, and according to the parameters in column 3, a score is assigned per variable, according to column 4.
• b)The corresponding score of each variable is added up to generate a total score.
• c)According to the total score, as per point b), the methodological group is selected, according to table 2.
• d)According to the resulting methodological group, and Annex 1, the method to be used for the calculation of the Environmental Flow (Caudal Ambiental) is selected.

Table 1. Variables and parameters for selection of the methodological group | --- | --- | --- | --- |

In accordance with article 5, according to the score obtained from the sum of the score of each of the variables and in accordance with the following table 2, the methodological group will be defined.

Table 2. Definition of the methodological group.

| --- | --- | The Ministry of Environment and Energy, in collaboration with public institutions of the Environment and Energy Sector, will biannually evaluate the methodologies published in Annex I of this Regulation and, if necessary, by means of a Ministerial resolution, will update them, which must be published in the Official Gazette La Gaceta.

Concerning the evaluation of accumulated hydric impact, determination of the condition of the water body (cuerpo de agua) and control points (puntos de control).

In the analysis of water use (aprovechamiento de agua) applications, the Water Directorate (Dirección de Agua) must evaluate the accumulated hydric impact on the water body (cuerpo de agua), determining for this purpose the value of its condition, through the following procedure:

1. The analysis section is defined: this must go from the starting point of the watercourse (cauce) or from the point of confluence with the immediately superior tributary watercourse (cauce), to the confluence with the next immediately inferior tributary watercourse (cauce) or the mouth at the sea.

2. Water availability in the analysis section is determined, considering the flow (caudal) measurements recorded in the water body (cuerpo de agua) and the existing and in-process water rights, upstream and downstream of the intake site, which are duly formalized in the National Registry of Concessions administered by the Water Directorate (Dirección de Agua).

3. When the water use (aprovechamiento de agua) application contemplates several intake points (puntos de toma) in the same water body (cuerpo de agua), each intake must be evaluated separately.

4. The environmental flow (caudal ambiental) is calculated at each intake.

5. The flow (caudal) required by the applicant is calculated, according to needs.

6. The minimum recorded flow (caudal) is calculated.

The condition value of the water body (cuerpo de agua) (EF), is calculated using the following formula:

Where:

EF = Condition value of the water body (cuerpo de agua) (%) QC = Flow (Caudal) granted or registered (inscrito): sum of flows (caudales) concessioned or registered (inscritos) in the section, plus the value of the environmental flow (caudal ambiental) of the analyzed intake site.

QD = Minimum recorded flow (caudal) in the evaluated section.

The value of the water body (cuerpo de agua) can be obtained at any time of the year.

Based on the condition value of the water body (cuerpo de agua) determined for the evaluated section, resulting from applying the formula set forth in article 7 of this Regulation, it is classified, according to the categorization in table 3, assigning it the corresponding category.

Table 3. Classification of the accumulated hydric impact of the water body (cuerpo de agua).

| --- | --- | Table prepared by Dirección de Agua according to Tennant's classification adapted to tropical and subtropical zones.

According to the categorization made as per article 8 of this Regulation, it shall be understood as:

• a)Red Condition: Restricted section of the water body (cuerpo de agua) , where prior to deciding on new water uses (aprovechamientos de aguas), more detailed studies are required to guarantee the sustainability of the water resource.
• b)Green Condition: Section of the water body (cuerpo de agua) where new water uses (aprovechamientos de agua) can be granted as long as it does not degrade to a red condition.
• c)Blue Condition: Section of the water body (cuerpo de agua) with optimal conditions for new water uses (aprovechamientos de agua).

The Water Directorate (Dirección de Agua) will establish control points (puntos de control), with a focus on hydrographic basin, sub-basin, or micro-basin, with the aim of having a comprehensive vision and control of the uses (aprovechamientos), water availability, and environmental flow (caudal ambiental). At these, monitoring of water quantity, temporality, and quality will be carried out.

This will be done progressively according to the availability of financial resources. MINAE will publish, at the beginning of each year, in the National Information System for Integrated Water Resource Management (Sistema Nacional de Información para la Gestión Integrada del Recurso Hídrico - SINIGIRH), the information on control points (puntos de control).

Final provisions

The Water Directorate (Dirección de Agua) will process the collected information and make it available in the National Information System for Integrated Water Resource Management (Sinigirh).

The Water Directorate (Dirección de Agua) progressively, and as the conditions of the water bodies (cuerpos de agua) become available, must publish them in SINIGIRH.

The Water Directorate (Dirección de Agua) will implement the control points (puntos de control) within a period of 5 years from the publication of this Regulation.

It shall take effect upon its publication in the Official Gazette La Gaceta.

Given at the Presidency of the Republic. San José, on the sixteenth of September of the year two thousand twenty-one.

Details of the methods for determining environmental flow (caudal ambiental).

The application of methodologies for estimating environmental flows (caudales ambientales) responds to the need to establish limits for the alteration of the hydrological regime, so that the amount of water is sufficient to maintain the diverse uses of water, provide conditions for ecosystems, and balance use (aprovechamiento) and conservation.

According to the Inter-institutional Commission constituted for the analysis of the implementation of the Environmental Flow (Caudal Ambiental), the document "Selection guide of methodologies for the estimation of environmental flow (caudal ambiental) in Costa Rica" was generated, prepared by the inter-institutional commission on environmental flow (caudal ambiental) dated March 22, 2019, from which the recommendation of national and international references in the different methods and methodological groups available and optimal to implement in Costa Rica for the calculation of environmental flow (caudal ambiental) is derived. According to the above, the typologies are integrated into the following groups:

- Percentage Method.

- Hydrological Methods.

- Hydraulic Methods.

- Hydrobiological/ Ecohydraulic Methods.

- Holistic Methods.

The methods classified according to the group correspond to the product of research and analysis of the behavior of different variables. The application and results depend on the assumptions made for their development, on the quantity and quality of the information available for their application. Next, the methodologies that must be used per methodological group are described:

Methodological group of the percentage:

Background:

This method has been developed and applied since 1991 by the Water Directorate (Dirección de Agua), based on the statistical analysis of the records of water concessions (concesiones) and registrations (inscripciones), the flows (caudales) gauged in the low-water period (estiaje) "supply" and the flows (caudales) authorized according to the National Registry of Concessions; for their use "demand", contemplating 4033 records in a first analysis and in a second analysis with a sample of 351 records with 95% certainty and 5% margin of error. In addition, the method establishes the assessment of the conditions of the water body (cuerpo de agua) and needs based on the Allowances Manual (Manual de Dotaciones). The above results in 38.46% of flow (caudal) concessioned and used, compared to 61.54% of flow (caudal) that flows freely through the water body (cuerpo de agua); which implies a positive impact greater than the percentage used, benefiting the conservation of the water resource.

Reference: Analysis of the percentage method used by the Water Directorate (Dirección de Agua) to determine environmental flow (caudal ambiental), based on gaugings (aforos) and granted flows (caudales). (Eng. Jesús Monge Desarrollo - Water Directorate (Dirección de Agua). 2021).

Method:

The environmental flow (caudal ambiental) is calculated by applying a percentage between 10% and 20% of the minimum recorded flow (caudal) in the water body (cuerpo de agua), according to available gaugings (aforos) from the dry season. It is applied specifically for each intake indicated in the application for use (aprovechamiento) or registration (inscripción) of sources; considering existing uses (aprovechamientos) upstream and downstream of the intake site (sitio de toma) under analysis, with the result of a balance that determines the viability of a new use (aprovechamiento).

According to the classification of accumulated impact based on the Tennant methodology adapted to tropical and subtropical zones, a percentage of 20% is applied to the categorization of the source as "Good". Applying 10% for the categories of "Very Good" to "Natural". In the case of water sources required for population use, due to the priority established by law, even when the source, due to its natural condition, presents flow (caudal) limitations, 10% will be applied, regardless of the classification category. Both percentages are established as the minimum admissible that must prevail in the used source.

Hydrological Methodological Group:

They represent the simplest, least expensive, and most widely used approach worldwide. These are based on the analysis of time series of 5, 10, 15, 25, 50, or more years of flows (caudales) of a water course, data that can be obtained from the historical record of gauging stations or through hydrological-hydrodynamic numerical modeling, among other forms. These methods can be divided into two groups: 1) those that establish a single value of environmental flow (caudal ambiental) for the entire year or month, and 2) those that establish a complete regime of environmental flows (caudales ambientales). Although they are less expensive, the relationships between hydrological and ecological indicators have not been evaluated. Complete flow regime methods provide values for five components of the hydrological regime (magnitude, frequency, duration, timing, and rate of change of the different flows (caudales)), which are recognized as determinants for the ecological integrity of river systems (Lytle & Poff, 2004).

• a)Tennant Method or Montana Method:

It was applied in the United States in the seventies and consists of a recommendation of minimum flows based on a set of percentages of mean annual flows (caudales) calculated for a local use (aprovechamiento) and applied at different percentages for dry and rainy periods. The variables used are the seasonal periods of the year and the mean annual flow (caudal). This method is particularly suitable for a regional planning level and is the most used in the United States. It also comprises the following stages (Tennant, 1976):

· Determination of the mean annual flow (caudal) of the local hydraulic use (aprovechamiento).

· Observation of water courses during the periods in which the flow (caudal) is approximately 10%, 30%, and 60% of the mean annual flow (caudal).

· Other flows (caudales) may be equally analyzed, but these allow covering a range of flows that, in a general way, serve for the protection of aquatic and riparian ecosystems of most water courses.

· Use of the information obtained to develop maintenance flow (caudal) recommendations in water courses based on the criteria used by the methodology.

This method has the Tennant variable adapted to tropical and subtropical zones, based on mean monthly flows (caudales) in order to have a more detailed description during the year of the hydrological behavior of the water body (cuerpo de agua).

• b)Base Flow Method or New England Method:

This method was developed in the United States by the Fish and Wildlife Service in 1981.

The recommendation of a minimum flow (caudal) is based on historical records of flows (caudales), from the median calculated in the dry season, corresponding to the lowest record, which constitutes the minimum or base flow (caudal) to maintain throughout the entire year, except for the reproduction and incubation periods of fish species. In this period, the monthly or lower median for the minimum flow (caudal), will correspond to that of the flow (caudal) during that period, if it is higher than the base flow (caudal). However, the calculation of the median is only valid for natural water courses where there is a record of flows (caudales) greater than twenty-five years. In other situations, in natural water courses where significant diversions are verified in the size of flow (caudal) records of less than twenty-five years, a minimum flow (caudal) is a percentage of the flow (caudal) defined based on the area of the hydrographic basin. When a flow (caudal) is less than defined in this criterion, it will correspond to the instantaneous flow for that same period. The variables used in this method are the seasonal periods of the year, the minimum annual flow (caudal), and the yield of the basin.

Source: (Loar and Sale, 1981; Russel, 1988, 1990) c) Base Flow Method:

It was developed for water courses of the Catalonia River (Northern Spain) based on a set of representative water courses of various types of hydrological regimes that characterize the region, normally permanent or temporary regimes with Mediterranean characteristics or otherwise.

This method considers that flow (caudal) is the only independent variable of the ecosystem and that the information contained in hydrological series will allow maintaining the functionality relationships with the other variables. On the other hand, the fish community and macroinvertebrates constitute the variables with a higher degree of dependence, but which are considered of greater sensitivity and with higher indicator value for evaluating ecosystem alterations. The variables used in this method are fish species, macroinvertebrates, and mean monthly flows (caudales). (Palau et al., 1996) d) Northern Great Plains Resource Program (NGPRP) Method:

The northern great plains resource program method was developed in 1964 for salmonid rivers from the Rocky Mountains of the western United States. In the estimation of minimum flows (caudales), the spawning and growth of individuals and the fine sediment flushing flows are taken into account. It is recommended to calculate the minimums during all months of the year, based on the flow duration curve during the analyzed month. This method does not require much field work, since the flow duration curves are obtained from a record of mean daily flows (caudales) exceeding twenty years, in which dry season flows are eliminated, as this method assumes that the most representative biological components of an aquatic system are essentially maintained by the hydrological conditions that occur in normal years and not by extreme events occurring during short-duration periods. A minimum recommended flow (caudal) for each month corresponds to that which is exceeded 90% of the time (or 84% of the time according to Dougal, 1979 and Loar and Sale, 1981), except for the months of maximum flows (caudales), in which the recommended minimum corresponds to that which is equaled or exceeded 50% of the time2. The variables used in this method are the seasonal periods of the year and the mean daily flows (caudales).

• e)Hoppe Method:

In 1975, Hoppe modified the northern method of the Great Plains resource program using equations based on watershed areas for locations where flow records did not exist. The method is based on percentages of mean daily flow duration curves and on the life-cycle stages of species; it was initially developed for salmonid species. The flow that is equaled or exceeded 40% of the time is the recommended flow for spawning, while the flow that is equaled or exceeded 80% of the time is the recommended flow for rearing. The flow that is equaled or exceeded 17% of the time is considered a flushing flow for a 48-hour period. The variables used in this method are mean daily flows and the biological cycle of the species. (Castro et al 2006) f) 7Q10 Method:

According to Loar and Sale (1981), environmental flows (caudales ecológicos) were recommended based on minimum mean flows observed over a seven-day interval, with a return period of ten years. This method is a variation of what was initially called 7Q2 and uses the same criteria; it was developed for a two-year return period. The variables used in this method are the minimum mean daily flows. (Loar and Sale, 1981) Hydraulic Methodological Group:

They are similar to the previous ones, but incorporate hydraulic parameters such as velocity and depth of water, and wetted perimeter (perímetro mojado), etc. Minimum flow requirements are generally set as the inflection point between the increase in flow and the wetted perimeter, or also by setting a percentage of habitat to be reserved with a given flow value. Hydrological and hydraulic methods have been developed and applied by engineers.

• a)Wetted Perimeter Method:

This is a method used as an index of food availability for fish, assuming that maximizing the wetted perimeter will provide more food and usable habitat for the aquatic community. Its application requires the location of a single transect along the river that represents the site most sensitive to flow changes. To determine the environmental flow, the directly proportional relationship between the wetted perimeter and the flow is used: as the latter increases, the former increases from a base flow level until reaching an inflection point, after which the increase in the wetted perimeter grows very slowly until bankfull is reached. This inflection point is taken as the optimal or environmental flow [Reiser et al., 1989], [Tharme, 1996], [King et al., 1999], [Palau, 2003], [Arthington and Zalucki, 1998]. It is a method that is easy to apply, but which does not consider the habitability conditions of the aquatic species, nor the variation in flow over time, which are limiting elements when determining an environmental flow. (Agualimpia & Castro, 2006) b) Multiple Transect Method (Multiple Transect Methods):

In this method, the problem of using a single transect to define environmental flows in the river is corrected, as it uses more than one for its application. It requires field measurements of velocity, water level, substrate, and cover at different flows and in different cross sections, in order to determine, through hydraulic simulation, the change in these hydraulic variables (habitability) with changes in flow [Arthington and Zalucki, 1998]. It is considered a conservative method, which often estimates high flows [Richardson, 1986], [Swales et al., 1994], but is one of the first approaches where flow variability and the consequent change in ecologically important hydraulic variables are taken into account. (Agualimpia & Castro, 2006) c) Idaho Method:

It was developed by White & Cochnauer, 1975, for the large rivers of the state of Idaho in the United States. This method is based on the presumed loss of habitat due to flow reduction, taking into account the characteristics required by the species selected as habitat indicators. In this method, critical areas are defined for the free movement, reproduction, and rearing of fish species; in turn, in each critical area, cross sections are determined in which velocity, depth, and substrate type are measured. The physical characterization of each cross section is carried out only once for the lowest flow. A hydraulic simulation model is used to generate the values of depth, velocity, and wetted perimeter, for a wide range of flows.

The comparison of the simulated habitat conditions with the habitat needs of the different species allows recommendations for minimum flows for movement, reproduction, and rearing to be generated. The flows for the unrestricted movement of individuals are based on the minimum necessary depth. For spawning, the flow that allows the maximum available width (the mean value obtained from all cross sections) is used as a guide to determine the minimum flow. The minimum flow for fish rearing is determined based on the wetted perimeter method. The variables used in this method are substrate type, mean velocity, depth, and wetted perimeter. (Agualimpia & Castro, 2006) Hydrobiological Methodological Group:

They determine an environmental flow value by integrating the hydrodynamic analysis of the section of the watercourse under study and the requirements or preferences of the species that characterize the river ecosystem. The first eco-hydraulic methods were applied to fish species of commercial interest or of conservation interest. Currently, the biological community (groups of species from the same site) and the maintenance of the ecosystem's integrity are also taken into account. These methods require information on the topography of the watercourse and the ecology of the species or communities to be conserved, which is why they are more expensive; this seeks to relate the hydraulic domain to the available habitat of the indicator species. In general, they have been developed jointly by engineers and fisheries biologists.

• a)WRRI Cover Method:

It was developed by Wesche in 1973, for trout (Salmo Trutta), in small mountain rivers, with mean flows equal to or less than 30 m3/s, based fundamentally on cover. It is applied in cross sections in sections of watercourses under study, provided that there are significant alterations to their characteristics. In each cross section, the substrate is characterized, and measurements of depth, flow, and surface flow width are taken, as well as measurements of the length of bank cover and the associated water depth. The range of selected flows varies between 10% and 100% of the mean flow (if no flow records exist, the late-summer mean flow is used) and at least four flow values are considered. This method has a high ecological sensitivity, after having verified a good correlation between cover and fish biomass. The variables used in this method are vegetative cover, mean annual flows, length, and area of the section. (Wesche & Richard, 1980).

• b)Washington Method:

The Washington method was developed for the Washington Department of Fisheries, (Washington State Department of Fisheries, USA), for salmonid species; it is also called the favorite areas method. It uses basic cartography of the river sections to determine the spawning and rearing areas of the species considered; it is applied for a range of flows of interest, considering biological preference criteria for a flow velocity and depth. These criteria define the upper and lower limits of the value intervals selected for the species. At least three representative sites for spawning or rearing are considered, with four cross sections being defined at each site. Along each cross section and preferably—also between sections—velocity and depth measurements are taken for a minimum of five flow values. The values obtained allow isolines for depth and velocity to be defined. This method also constitutes an example of the recommended flow based on habitat maintenance criteria. One advantage is the form of its graph, as it is not necessary to run the hydraulic simulation. The variables used in this method are velocity, flow depth, flow, and the biological cycle of the species. (Loar and Sale 1981 & Gordon et al, 1992) c) California Method or Waters Method:

It was developed for the determination of minimum flows for the spawning and rearing of salmonid species existing in California watercourses. This method is similar to the Washington method and is also known by the name of favorite areas, in which two planimetric maps are prepared: one of velocity and another of flow depth, from information obtained in cross sections selected for sampling (in a minimum number of 600 measurements), for the flows of interest, in a number greater than three, without applying a hydraulic simulation. Weighting factors are considered, values between zero and one, for each of the parameters. Additionally, a characterization of the substrate at each sampling site may be included. The variables used in this method are velocity, flow depth, subsection area, and substrate. (Wesche & Richard, 1980) d) IFIM-PHABSIM Methodology:

The Instream Flow Incremental Methodology (IFIM) is considered by many to be a significant advance in determining environmental flows, as it synthesizes the most relevant aspects of the Washington and California methods. Based on it, hydraulic and biological variables are analyzed jointly. The IFIM methodology can be defined as a set of analytical processes and simulations developed to predict changes in river habitat due to flow alterations. The way this methodology is applied may be determined for each case, depending on the specificity of the situation, thus generating several alternatives, since from an initial flow, different values of it are worked with, just as it is considered whether the species has the physical habitat it requires, in addition to working with the pertinent hydraulic, hydrological, and biological data. (Reiser et al, 1989) Holistic Methodological Group:

These allow for the determination of hydrological regimes necessary to maintain the integrity of the ecosystem, in addition to social and productive uses. They are based on an integrated management of all biological, abiotic, and socioeconomic factors, and the full spectrum of the hydrological regime, including both its spatial and temporal variability. Therefore, they are essentially interdisciplinary; for example, one of the most recent holistic methodologies, and the one chosen in this document, is DRIFT (Downstream Response to Imposed Flow Transformation), which consists of four modules: biophysical, sociological, scenario development, and economic (King et al. 2003). The biophysical module involves the description of the natural elements and the functioning of the river and establishes the basis for predicting changes related to flow modifications. The sociological module identifies the population at risk, describes the river uses and health profiles, which contributes to predicting the social impacts of changes in the river. Based on this, in the third module, possible hydrological scenarios are identified, and the potential biophysical and social consequences are described. Finally, the fourth module calculates the costs of compensation and mitigation of impacts on the population at risk for each scenario. The result is a series of described scenarios that can be used for decision-making.

• a)DRIFT Method:

A methodology developed in South Africa, which provides a complete perspective of the variations that occur downstream under different flow regime scenarios. This perspective is very important for decision-making, since all possible ecosystem responses will be known beforehand, and a consensus can be reached in which the most convenient option for the environment is chosen (Pantoja, 2017).

The process within the DRIFT methodology is divided into four modules (King et al. 2008):

· Biophysical: Describes the nature and the way the river functions and establishes the necessary basis for predicting changes related to flow modifications.

· Sociological: Identifies the uses and customs associated with the river and the population that practices them. The basis is developed for predicting what the social impacts would be if certain changes occur in the river.

· Scenario Development: Identifies the possible scenarios and the ecological, social, and economic consequences thereof if a flow alteration occurs.

· Economic: The damages caused to the population at risk are assessed from a financial point of view. All possible scenarios are taken into account to calculate the costs of compensation and mitigation of damages.

This methodology attempts to encompass all existing possibilities of flow regimes, in order to make the decision that entails the least damage, which makes it a complex methodology; therefore, it is necessary to have a large and interdisciplinary group of professionals, which increases the cost of its application, and at the same time limits it to certain countries with greater economic capacity; this is why its applicability will depend on the place where it is desired to be used. (Pantoja, 2017) b) RANA-REGINA Method:

This methodology was developed by the Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) in order to have a tool to estimate the compensation flow (caudal de compensación) for hydroelectric projects that are in different feasibility stages, and it is considered holistic because it integrates analyses of the hydrological, biological, and socio-economic information of Costa Rican rivers. Its name is derived from two analysis components established in the years 2007 (Krasovskaia, I. and Rodríguez, C. 2007) and 2014 (Krasovskaia, I. et al,. 2014), RANA and REGINA respectively. Through this methodology, it is possible to analyze the initial conditions, or baseline, and the effect of the different regulation alternatives on the physical, biological, and socioeconomic conditions in a specific sector of interest, or on the integrity of the river studied. It is necessary to emphasize that the robustness of the methodology resides largely in the hydrological information that ICE has generated over the years. With the RANA component, the estimation of the different flow descriptors (annual mean, variance, and duration curves) was achieved at any point along the river. For its part, the REGINA component included methods for the regionalization of low flows (caudales mínimos) and flood flows (caudales crecientes), as well as the duration curves. The particularity of this second component is that the analysis was extended to the rest of the hydrological cycle, given that the previous one was restricted to the dry season (estiaje).

For the implementation of this methodology, it is necessary to carry out studies of the flow characteristics in several sectors of the rivers studied, selected based on their importance for the hydrological regime, ecological, and socioeconomic aspects. Through fieldwork, the Biology and Sociology areas identified the main uses of the river, as well as the indicator species and users for the study. The "indicator species" could be the fish present in the river, or another indicator, considered to be more sensitive to flow changes, while the "main uses" are the activities possessing the highest social importance and which are also sensitive to flow changes. The biological habitat demands can be established with the help of an expert panel and extensive field studies. The information on socioeconomic demands regarding river flow is obtained through field inventories and workshops with interested parties, and the flow regime at the control sites was modeled using duration curves, using probability distributions and the maps created during the compensation flows project.

The control sites, generally pools (pozas), are selected based on their location within the critical section, understanding this as the river sector between the dam site and the restitution. This site is called the "critical sector" because it will be altered by the modification of its flow, potentially affecting the ecology and the socioeconomic activities that take place in the area.

The methodology establishes preference rules that are defined as the ranges of water depth and velocity associated with the normal development of the indicator species and the main uses.

The hydraulic modeling of the section of interest allows for the estimation of flow velocities and depths for a given flow at specific sites along the river, and the linking of these parameters to the habitat demands and socioeconomic use is employed to estimate the useful area under natural and regulated flow conditions.

The final phase evaluates the seasonal variation of the useful area for the aquatic species and the water uses conditioned by natural or regulated flows. The comparison of the relationship between the useful area and connectivity in each river sector with the identified demands allows for the comparison of the impact of different regulation scenarios in an integral manner.

The method presents a broad approach to evaluating the effects of different flow regulation alternatives on aquatic life and the socioeconomic activities of the riparian population throughout the year, to facilitate the choice of the regulation scheme with a lower risk level. The methodology follows the concept of adaptive flow management, which provides for continuous monitoring of the results of the chosen decision and an adjustment based on new knowledge.

• c)Building Block Method - Bottom-up Approach:

It is carried out based on multidisciplinary studies conducted at the site, in order to understand the flow–hydraulic characteristics relationship; this type of analysis is medium or long-term and requires considerable investments. It is essentially a prescriptive approach, designed to build a flow regime for maintaining a river in a predetermined condition. This method has also provided an impetus for the evolution of several alternative holistic environmental flow methodologies. Generally, 1 to 5 transects are worked with, depending on the size of the study area; in each transect, the type of substrate, riparian vegetation, and macrophytes must be analyzed, in addition to hydrological information, such as flow duration curves, return period; other information that must be collected is the groundwater input; these correspond to the first block or phase (Castro et al, 2006).

In the second block, the information is analyzed to establish the relationship between the flows and the hydraulic characteristics, the channel morphology, and the biotopes, to generate proposals for an environmental flow that guarantees the life cycle of the aquatic fauna (fish, macroinvertebrates, tadpoles, etc.). It must also guarantee the socioeconomic and cultural uses of the river, in addition to the vegetative cycles of the species found on the riverbank, whose life cycle depends on the availability of water at a certain time of year, and finally, navigability in cases where it applies (Aguilera and Poully, 2012). The main advantage of this method is that, being holistic, it takes into account a large number of aspects of the river regime, which makes it more likely to be sustainable over time.

Establecer el procedimiento para la selección de la metodología mediante la cual se deberá calcular el caudal ambiental en un cuerpo de agua, además, de la valoración del estado del cuerpo de agua, a partir de la evaluación del impacto hídrico acumulado; con el propósito de asegurar la sostenibilidad del recurso hídrico y el ambiente asociado.

Es de aplicación obligatoria en todo territorio nacional y para todo aprovechamiento de agua que se pretenda realizar en los cauces de dominio público en apego a lo dispuesto en la Ley de Aguas No. 276.

Para efecto de este Reglamento se entenderá por:

• a)Aforo: Conjunto de operaciones para determinar el caudal en una corriente de agua superficial para un nivel registrado.
• b)Año hidrológico: Periodo de 12 meses que comprende el inicio con la época lluviosa y finaliza con el término de la época seca y que se repite cíclicamente, que varía conforme a la región climática y la variabilidad climática.
• c)Área Silvestre Protegida: zonas geográficas delimitadas, constituidas por terrenos, humedales y porciones de mar. Han sido declaradas como tales por representar significado especial por sus ecosistemas, la existencia de especies amenazadas, la repercusión en la reproducción y otras necesidades y por su significado histórico y cultural. Estas áreas estarán dedicadas a conservación y protección de la biodiversidad, el suelo, el recurso hídrico, los recursos culturales y los servicios de los ecosistemas en general (artículo 58 de la Ley de Biodiversidad Nº7788).
• d)Captación artesanal o móvil: Obra cuya función es la derivación del caudal autorizado, construida sin utilizar agregados constructivos que la fijen al cauce o sus márgenes. Es una estructura removible fácilmente y que genera un bajo impacto en el cauce. Los sistemas de bombeo móvil se incluyen en esta definición.
• e)Captación fija parcial: Obra cuya función es la derivación del caudal autorizado, construida mediante una estructura fija utilizando agregados constructivos, que genera un mayor impacto en flujo y derivación del caudal; esta cubre parcialmente la sección transversal del cauce. Los sistemas de bombeo fijo se incluyen en esta definición.
• f)Captación fija total: Obra cuya función es la derivación del caudal autorizado, construida mediante una estructura fija utilizando agregados constructivos, que genera un mayor impacto en flujo y derivación del caudal; esta cubre toda la sección transversal del cauce.
• g)Cauce: Por donde discurren naturalmente las aguas superficiales y corresponde al terreno que cubren las aguas en las mayores crecidas ordinarias en un periodo de retorno de un año hidrológico, según el artículo 69 de la Ley de Aguas N°276.
• h)Caudal: Volumen de agua que pasa por un punto en un tiempo determinado. Se expresa en unidades de volumen por tiempo.
• i)Caudal Ambiental: flujo de agua en cantidad, periodicidad y calidad que se requiere en el cauce para sostener los ecosistemas dulceacuícolas, estuarinos y el bienestar humano que depende de estos ecosistemas, permitiendo un aprovechamiento sostenible de las aguas. Se expresa en unidades de volumen por tiempo.
• j)Caudal medio anual: Es el caudal promedio que se obtiene sumando los caudales medios diarios del año y dividiendo por el número de días del año. También conocido como caudal medio durante un año. Se expresa en unidades de volumen por tiempo.
• k)Caudal medio mensual: Es el caudal promedio que se obtiene sumando los caudales medios diarios del mes y dividiendo por el número de días del mes. También conocido como caudal medio del mes. Se expresa en unidades de volumen por tiempo.
• l)Caudal mínimo registrado: es el caudal registrado durante la época seca o el periodo de transición a la época lluviosa, que corresponde al tiempo de estiaje. Se m) Caudal requerido: Es el caudal que satisface las necesidades del solicitante de una concesión o inscripción, determinado conforme a las dotaciones para cada actividad.

Se expresa en unidades de volumen por tiempo.

• n)Caudal solicitado: Es el caudal manifiesto en la solicitud de concesión o inscripción según corresponda. Se expresa en unidades de volumen y tiempo. Se expresa en unidades de volumen por tiempo.
• o)Concesión de agua: Es el acto administrativo por medio del cual el Estado a través de MINAE, autoriza en forma temporal y con condiciones el aprovechamiento de aguas a personas privadas o públicas; físicas o jurídicas.
• p)Crecida Ordinaria: Es la máxima crecida ordinaria de caudal dentro del año hidrológico de un cauce.
• q)Cuerpo de Agua: Es aquel que se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones y/o por el afloramiento de aguas subterráneas. Pueden presentarse en forma de corriente, río, quebrada, arroyo; que pueden ser de flujo permanente o intermitente; además, de lago, laguna, marisma, embalse natural o artificial, estuario, manglar, turbera, pantano.
• r)Dotación: Cantidad de agua por unidad de producción o consumo, determinada por las necesidades de la particularidad de cada uno de los usos; considerando la variable de eficiencia en su aprovechamiento integral.
• s)Época lluviosa: Periodo del año en donde predominan los días con lluvia de manera consecutiva y por varios meses.
• t)Época seca: Periodo del año caracterizado por días secos de manera consecutiva y a lo largo de varios meses.
• u)Evaluación de impacto hídrico acumulado: Es el resultado del análisis integral de la condición de una corriente de agua, respecto al caudal requerido y su temporalidad; el caudal disponible considerando la suma del caudal concesionado o inscrito en el cuerpo de agua evaluado, así como solicitudes en trámite al momento del análisis, que estén debidamente ingresadas en el Registro Nacional de Concesiones que administra la Dirección de Agua.
• v)Inscripción: Es el acto administrativo de registro de un aprovechamiento de agua en el Registro Nacional de Concesiones conforme al artículo 18 de la Ley de Aguas N°276.
• w)Porcentaje de Caudal aprovechable: Es la relación entre el caudal requerido y el promedio de caudales mínimos registrado durante la época seca o el periodo de transición a la época lluviosa. Se expresa en unidades de volumen por tiempo.
• x)Punto de captación: Punto de ubicación en el cauce donde el usuario está autorizado para derivar el recurso hídrico para su aprovechamiento.
• y)Punto de control: Sitio en el cauce, en el cual se realizan mediciones periódicas de una o varias variables definidas, con el fin de tener control sobre el estado del cuerpo de agua.

Definición de la metodología a utilizar para el cálculo del caudal ambiental.

Para la determinación del caudal ambiental, se debe proceder a calcularlo a partir del análisis del aprovechamiento de agua pretendido y aplicando el procedimiento establecido en este reglamento.

El mismo podrá ser realizado por parte de la Administración o el Administrado según se dispone en la Ley de Aguas Nº276 o cuando el Ministerio de Ambiente y Energía (MINAE), a través de la Dirección de Agua, se lo solicite mediante resolución razonada.

Para definir el grupo metodológico mediante el que se determinará el caudal ambiental, se debe aplicar lo siguiente:

• a)Se analizan las variables del aprovechamiento de aguas, según columna 1 del cuadro 1, y conforme parámetros columna 3, se asigna un puntaje por variable, según columna 4.
• b)Se suma el puntaje correspondiente de cada variable y se genera un puntaje total.
• c)Conforme puntaje total, según punto b), se selecciona el grupo metodológico, según el cuadro 2.
• d)Conforme el grupo metodológico resultante, y el anexo 1, se selecciona el método a utilizar para el cálculo del Caudal Ambiental.

Cuadro 1. Variables y parámetros para selección del grupo metodológico

De conformidad con el artículo 5, según la puntuación obtenida de la sumatoria del puntaje de cada una de las variables y conforme el cuadro 2 siguiente, se definirá el grupo metodológico.

Cuadro 2. Definición del grupo metodológico.

El Ministerio de Ambiente y Energía, en colaboración de instituciones públicas del Sector Ambiente y Energía, evaluará bianualmente las metodologías publicadas en el Anexo I de este Reglamento y de ser necesario, mediante resolución Ministerial, realizará su actualización, debiendo publicarse la misma, en el Diario Oficial La Gaceta.

De la evaluación del impacto hídrico acumulado, determinación del estado del cuerpo de agua y puntos de control.

En el análisis de las solicitudes de aprovechamiento de agua, la Dirección de Agua deberá evaluar el impacto hídrico acumulado en el cuerpo de agua, determinando para ello el valor del estado del mismo, a partir del siguiente procedimiento:

1. Se define la sección de análisis: esta debe ir desde el punto de inicio del cauce o desde el punto de la confluencia con el cauce tributario inmediato superior, hasta la confluencia con el siguiente cauce tributario inmediato inferior o la desembocadura en el mar.

2. Se determina la disponibilidad de agua en la sección de análisis, considerando las mediciones de caudal registrado en el cuerpo de agua y los derechos de agua existentes y en trámite, aguas arriba y aguas abajo del sitio de toma, que estén debidamente formalizados en el Registro Nacional de Concesiones que administra la Dirección de Agua.

3. Cuando la solicitud de aprovechamiento de agua contemple varios puntos de toma en un mismo cuerpo de agua, cada toma se debe evaluar por separado.

4. Se calcula el caudal ambiental en cada toma.

5. Se calcula el caudal requerido por el solicitante, según necesidades.

6. Se calcula el caudal mínimo registrado.

El valor del estado del cuerpo de agua (EF), se calcula utilizando la siguiente fórmula:

Donde:

EF = Valor de estado del cuerpo de agua (%) QC = Caudal otorgado o inscrito: sumatoria de caudales concesionados o inscritos en la sección, más el valor del caudal ambiental del sitio de toma analizado.

QD = Caudal mínimo registrado en la sección evaluada.

El valor del cuerpo de agua se puede obtener en cualquier momento del año.

A partir del valor del estado del cuerpo de agua determinado para la sección evaluada, resultante de aplicar la fórmula dispuesta en artículo 7 del presente Reglamento, se clasifica éste, conforme categorización del cuadro 3 asignándole la categoría correspondiente.

Cuadro 3. Clasificación del impacto hídrico acumulado del cuerpo de agua.

Cuadro elaborado por Dirección de Agua conforme clasificación de Tennant adaptado a las zonas tropicales y subtropicales.

Conforme la categorización realizada según artículo 8 del presente Reglamento, se deberá entender como:

• a)Condición Roja: Sección del cuerpo de agua restringida, donde de previo a resolver sobre nuevos aprovechamientos de aguas, se requiere realizar estudios más detallados que garanticen la sostenibilidad de recurso hídrico.
• b)Condición Verde: Sección del cuerpo de agua donde se pueden dar nuevos aprovechamientos de agua en tanto no se degrade a una condición roja.
• c)Condición azul: Sección del cuerpo de agua con condiciones óptimas para nuevos aprovechamientos de agua.

Dirección de Agua establecerá puntos de control, con enfoque de cuenca, sub cuenca o microcuenca hidrográfica, con el fin de tener una visión y control integral de los aprovechamientos, de la disponibilidad de agua y del caudal ambiental. En estos se realizará el monitoreo de la cantidad, temporalidad y calidad de agua.

Esto se realizará progresivamente conforme la disponibilidad de recursos financieros. El MINAE publicará en el Sistema Nacional de Información para la Gestión Integrada del Recurso Hídrico (SINIGIRH) a inicio de todos los años, la información de los puntos de control.

La Dirección de Agua procesará la información recolectada y la pondrá a disposición en el Sistema Nacional de Información para la Gestión Integrada del Recurso Hídrico (Sinigirh).

La Dirección de Agua progresivamente y conforme se tenga los estados de cuerpos de agua, deberá publicarlos en el SINIGIRH.

La Dirección de Agua implementará los puntos de control en un plazo de 5 años a partir de la publicación del presente Reglamento.

Rige a partir de su publicación en el Diario Oficial La Gaceta.

Dado en la Presidencia de la República. San José, el dieciséis de setiembre del año dos mil veintiuno.

Detalles de los métodos para la determinación de caudal ambiental.

La aplicación de metodologías de estimación de caudales ambientales, responde a la necesidad de establecer límites para la alteración del régimen hidrológico, de forma que la cantidad de agua sea suficiente para mantener los diversos usos del agua, brindarles condiciones a los ecosistemas y el equilibrio del aprovechamiento y la conservación.

Conforme la Comisión Interinstitucional constituida para el análisis de implementación del Caudal Ambiental, se generó el documento "Guía de selección de metodologías para la estimación del caudal ambiental en Costa Rica" elaborado por la comisión interinstitucional del caudal ambiental con fecha del 22 de marzo del 2019, del cual se tiene la recomendación de las referencias a nivel nacional e internacional en los diferentes métodos y grupos metodológicos disponibles y óptimos para implementar en Costa Rica para el cálculo del caudal ambiental. Según lo anterior, las tipologías de integran en los siguientes grupos:

- Método del Porcentaje.

- Métodos Hidrológicos.

- Métodos Hidráulicos.

- Métodos Hidrobiológicos/ Ecohidráulicos.

- Métodos Holísticos.

Los métodos clasificados según el grupo, corresponde al producto de investigaciones y análisis del comportamiento de las distintas variables. La aplicación y resultados están en función de los supuestos asumidos para su desarrollo, de la cantidad y calidad de la información disponible para su aplicación. A continuación, se describe las metodologías que se deben utilizar por grupo metodológico:

Grupo metodológico del porcentaje:

Antecedente:

Este método está desarrollado y aplicado desde 1991 por la Dirección de Agua, a partir del análisis estadístico de los registros de concesiones e inscripciones de agua, se valoraron los caudales aforados en la época de estiaje "oferta" y los caudales autorizados conforme Registro Nacional de Concesiones; para su uso "demanda", contemplando 4033 registros en un primer análisis y en un segundo análisis con una muestra de 351 registros con un 95% de certeza y un 5% de margen de error. Además, el método establece la valoración de las condiciones del cuerpo de agua y las necesidades a partir del Manual de Dotaciones. Lo anterior da como resultado un 38.46% de caudal concesionado y aprovechado, respecto a un 61.54% de caudal que discurre libre por el cuerpo de agua; lo que implica un impacto positivo mayor que el porcentaje usado, en beneficio de la conservación del recurso hídrico.

Referencia Análisis del método de porcentaje utilizado por la Dirección de Agua para determinar el caudal ambiental, basado en aforos y caudales otorgados. (Ing. Jesús Monge Desarrollo - Dirección de Agua. 2021).

Método:

El caudal ambiental se calcula al aplicar un porcentaje comprendido entre el 10% al 20% del caudal mínimo registrado en el cuerpo de agua, según aforos disponibles de época seca. Se aplica de manera puntual para cada toma indicada en la solicitud de aprovechamiento o inscripción de fuentes; considerando los aprovechamientos existentes aguas arriba y aguas abajo del sitio de toma en análisis, con el resultante de un balance que determina la viabilidad de un nuevo aprovechamiento.

Conforme la clasificación del impacto acumulado basado en la metodología de Tennant adaptado a las zonas tropicales y subtropicales, se aplica un porcentaje del 20% a la categorización de la fuente como "Buena". Aplicando el 10 % para las categorías de "Muy Buena" a "Natural". En el caso de fuentes de agua que se requieran para uso poblacional, en razón de la prioridad de ley, aun cuando la fuente por su condición natural presente limitaciones de caudal, se aplicará un 10 %, indistinto de la categoría de clasificación. Ambos porcentajes se establecen como el mínimo admisible que debe prevalecer en la fuente aprovechada.

Grupo Metodológico hidrológicos:

Representan el abordaje más simple, menos costoso y más utilizado a nivel mundial. Estos se basan en el análisis de series temporales de 5, 10,15, 25, 50 y más años de caudales de un curso de agua, datos que pueden obtenerse del registro histórico de estaciones de aforo o mediante modelación numérica hidrológica-hidrodinámica, entre otras formas. Estos métodos se pueden dividir en dos grupos: 1) los que establecen un único valor de caudal ambiental para todo el año o mes, y 2) los que establecen un régimen completo de caudales ambientales. Si bien son de menor costo, las relaciones entre los indicadores hidrológicos y ecológicos no han sido evaluadas. Los métodos de régimen completo de caudales proporcionan valores para cinco componentes del régimen hidrológico (magnitud, frecuencia, duración, momento y tasas de cambio de los diferentes caudales), los cuales son reconocidos como determinantes para la integridad ecológica de los sistemas fluviales (Lytle & Poff, 2004).

• a)Método de Tennant o de Montana:

Fue aplicado en los Estados Unidos en la década del setenta y consiste en una recomendación de caudales mínimos basados en un conjunto de porcentajes de caudales medios anuales calculados para un aprovechamiento local y que son aplicados a diferentes porcentajes para los periodos secos y de lluvias. Las variables utilizadas son los periodos estacionales del año y el caudal medio anual. Este método es particularmente adecuado para un nivel de planeación regional y es el más utilizado en Estados Unidos. Asimismo, comprende las siguientes etapas (Tennant, 1976):

· Determinación del caudal medio anual de aprovechamiento hidráulico local.

· Observación de cursos de agua durante los periodos en los cuales el caudal es aproximadamente 10%, 30% y 60% del caudal medio anual.

· Otros caudales podrán ser igualmente analizados, pero éstos permiten abarcar un rango de flujos que, de una manera general, sirven para la protección de los ecosistemas acuáticos y rupícolas de la mayoría de los cursos de agua.

· Utilización de la información obtenida para elaborar recomendaciones de caudales de mantenimiento en cursos de agua con base en los criterios que utiliza la metodología.

Este método cuenta con la variable de Tennant adaptado a la zonas tropicales y subtropicales, basándose en los caudales medios mensuales con el fin de tener una descripción más detallada durante el año del comportamiento hidrológico del cuerpo de agua.

• b)Método de caudal base o de Nueva Inglaterra:

Este método fue desarrollado en Estados Unidos por el Servicio de Pesca y Fauna en 1981.

La recomendación de un caudal mínimo se basa en registros históricos de los caudales, a partir de la mediana calculada en la época seca, que corresponde al registro más bajo, el cual constituye el caudal mínimo o básico por mantener a través de todo el año, con la excepción de los periodos de reproducción e incubación de especies piscícolas. En este periodo la mediana mensual o más baja para el caudal mínimo, corresponderá a la del caudal durante ese periodo, si es superior al caudal básico. Sin embargo, el cálculo de la mediana sólo es válido para cursos de aguas naturales en donde exista un registro de caudales mayores a veinticinco años. En otras situaciones, en cursos de aguas naturales en los que se verifican derivaciones importantes en el tamaño de registros de caudales inferiores a veinticinco años, un caudal mínimo es un porcentaje de caudal definido en función del área de la cuenca hidrográfica. Cuando un caudal es menor a lo definido en este criterio, corresponderá al instantáneo para ese mismo periodo. Las variables utilizadas en este método son los periodos estacionales del año, el caudal mínimo anual y el rendimiento de la cuenca.

Fuente: (Loar y Sale, 1981; Russel, 1988, 1990) c) Método de Caudal base:

Fue desarrollado para cursos de agua del río Cataluña (Norte de España) con base en un conjunto de cursos de agua representativos de varios tipos de regímenes hidrológicos que caracterizan la región, normalmente, son regímenes permanentes o temporales con características mediterráneas o no.

Este método considera que el caudal es la única variable independiente del ecosistema y que la información contenida en series hidrológicas permitirá mantener las relaciones de funcionalidad con las otras variables. Por otro lado, la comunidad piscícola y los macroinvertebrados constituyen las variables con mayor grado de dependencia, pero que son considerados de mayor sensibilidad y con mayor valor indicador para evaluar las alteraciones del ecosistema. Las variables utilizadas en este método son las especies piscícolas, los macroinvertebrados y los caudales medios mensuales. (Palau et al., 1996) d) Método de Northern Great Plains Resource Program (NGPRP):

El método norteño del programa de recursos de grandes planicies se desarrolló en 1964 para los ríos salmonícolas provenientes de las montañas rocosas del oeste de Estados Unidos. En la estimación de caudales mínimos se tienen en cuenta la postura y el crecimiento de los individuos y los flujos de descarga de lavados finos, se recomienda calcular los mínimos durante todos los meses del año, con base en la curva de duración de caudales durante el mes analizado. Este método no requiere de mucho trabajo de campo, puesto que las curvas de duración de caudales son obtenidas a partir de un registro de caudales medios diarios superior a veinte años, en el que los flujos de temporada seca se eliminan, ya que este método supone que las componentes biológicas más representativas de un sistema acuático son esencialmente mantenidas por las condiciones hidrológicas que se verifican en años normales y no para eventos extremos que ocurren durante periodos de corta duración. Un caudal mínimo recomendado para cada mes corresponde al que es excedido en el 90% del tiempo (o en el 84% del tiempo según Dougal, 1979 y Loar y Sale, 1981), exceptuando los meses de caudales máximos, en los cuales el mínimo recomendado corresponde al que es igualado o excedido en el 50% del tiempo2. Las variables utilizadas en este método son los periodos estacionales del año y los caudales medios diarios.

• e)Método de Hoppe:

En 1975 Hoppe modificó el método norteño del programa de recursos de grandes planicies utilizando ecuaciones basadas en áreas de cuencas hidrográficas para lugares en donde no existían registros de caudales. El método se basa en porcentajes de curvas de duración de caudales medios diarios y en las etapas del ciclo de vida de las especies; siendo desarrollado inicialmente para especies salmonícolas. El flujo que es igualado o excedido el 40% del tiempo, es el caudal recomendado para la postura, mientras que el flujo que es igualado o excedido el 80% del tiempo es el recomendado para el crecimiento. El flujo que es igualado o excedido el 17 % del tiempo es considerado un caudal de descarga para un periodo de 48 horas. Las variables utilizadas en este método son los caudales medios diarios y el ciclo biológico de las especies. (Castro et al 2006) f) Método 7Q10:

Según Loar y Sale (1981), se recomendaron los caudales ecológicos basados en caudales medios mínimos observados durante un intervalo de tiempo de siete días, con un periodo de retorno de diez años. Este método es una variación del que inicialmente fue denominado 7Q2 y utiliza los mismos criterios, fue desarrollado para un periodo de retorno de dos años. Las variables utilizadas en este método son los caudales medios mínimos diarios. (Loar and Sale, 1981) Grupo Metodológico Hidráulico:

Son similares a los anteriores, pero incorporan parámetros hidráulicos como la velocidad y profundidad del agua y el perímetro mojado, etc. Los requerimientos mínimos de caudal se fijan generalmente como el punto de inflexión entre el incremento del caudal y del perímetro mojado o también fijando un porcentaje de hábitat a reservarse con un determinado valor de caudal. Los métodos hidrológicos e hidráulicos han sido desarrollados y aplicados por ingenieros.

• a)Método del Perímetro Mojado:

Es un método usado como índice de disponibilidad de alimento para los peces, asumiendo que al maximizar el perímetro mojado habrá más alimento y hábitat aprovechable para la comunidad acuática. Requiere para su aplicación de la ubicación de un único transepto a lo largo del río que represente el sitio más sensible a los cambios de caudal. Para determinar el caudal ambiental se hace uso de la relación directamente proporcional entre el perímetro mojado y el caudal: a medida que aumenta este último se incrementa el otro desde un nivel base de caudal, hasta alcanzar un punto de inflexión, después del cual, el incremento del perímetro mojado crece muy lentamente hasta llegar a banca llena. Este punto de inflexión se toma como el de caudal óptimo o ambiental [Reiser et al., 1989], [Tharme, 1996], [King et al., 1999], [Palau, 2003], [Arthington y Zalucki, 1998]. Es un método de fácil aplicación, pero que no considera las condiciones de habitabilidad de las especies acuáticas, ni tampoco la variación de caudal en el tiempo, elementos limitantes cuando se determina un caudal ambiental. (Agualimpia & Castro, 2006) b) Método de Múltiples Secciones (Multiple Transect Methods):

En este método se corrige el problema de usar un solo transepto para definir los caudales ambientales en el río, pues utiliza más de uno para su aplicación. Requiere de mediciones en campo de velocidad, nivel, sustrato y cobertura a diferentes caudales y en diferentes secciones transversales, con el fin de determinar por medio de simulación hidráulica el cambio de estas variables hidráulicas (habitabilidad) con cambios en el caudal [Arthington y Zalucki, 1998]. Se considera un método conservativo, que frecuentemente estima caudales altos [Richardson, 1986], [Swales et al., 1994], pero es uno de los primeros enfoques donde se tiene en cuenta la variabilidad de caudales y el consecuente cambio de variables hidráulicas de importancia ecológica. (Agualimpia & Castro, 2006) c) Método de Idaho:

Fue desarrollado por White & Cochnauer, 1975, para los grandes ríos de estado de Idaho en los Estados Unidos. Este método se basa en la supuesta pérdida de hábitat debido a la disminución del caudal, teniendo en cuenta las características requeridas por las especies seleccionadas como indicadoras del hábitat. En este método se definen las áreas críticas para la libre circulación, reproducción y crecimiento de especies piscícolas; a su vez, en cada área crítica se determinan secciones transversales en las que se miden velocidad, profundidad y tipo de substrato. La caracterización física de cada sección transversal es realizada una sola vez para el caudal más bajo. Se utiliza un modelo de simulación hidráulica, para generar los valores de profundidad, velocidad y perímetro mojado, para un amplio rango de caudales.

La comparación de las condiciones de hábitat simuladas con las necesidades de hábitat de las diferentes especies permite generar recomendaciones de caudales mínimos para la circulación, reproducción y crecimiento. Los caudales para la circulación sin restricciones de los individuos son basados en la profundidad mínima necesaria. Para la postura, el caudal que permite el ancho máximo disponible (valor medio obtenido de todas las secciones transversales) se usa como orientación para determinar el caudal mínimo. El caudal mínimo para el crecimiento de peces es determinado con base en el método de perímetro mojado. Las variables utilizadas en este método son el tipo de sustrato, la velocidad media, la profundidad y el perímetro mojado. (Agualimpia & Castro, 2006) Grupo Metodológico hidrobiológico:

Determinan un valor de caudal ambiental integrando el análisis hidrodinámico de la sección del curso bajo estudio y los requerimientos o preferencias de las especies que caracterizan el ecosistema fluvial. Los primeros métodos eco-hidráulicos se aplicaron a especies de peces de interés comercial o de interés para la conservación. Actualmente, también se toma en cuenta la comunidad biológica (grupos de especies de un mismo sitio) y el mantenimiento de la integralidad del ecosistema. Estos métodos requieren información de la topografía del curso de agua y de la ecología de las especies o comunidades que se quiere conservar, por lo que son más costosos, esto busca relacionar el ámbito hidráulico con el hábitat disponible de la especie indicadora. En general han sido desarrollados conjuntamente entre ingenieros y biólogos pesqueros.

• a)Método de WRRI Cover:

Fue desarrollado por Wesche en 1973, para trucha (Salmo Trutta), en pequeños ríos de montaña, con caudales medios iguales o inferiores a 30 m3/s, basándose fundamentalmente en la cobertura. Se aplica en secciones transversales en secciones de cursos de agua en estudio, siempre que existan alteraciones significativas de sus características. En cada sección transversal se caracteriza el sustrato y se realizan mediciones de profundidad, caudal y ancho superficial del flujo, así como las mediciones de longitud de la cobertura de las márgenes y la profundidad del agua a ella asociada. La gama de caudales seleccionados varía entre el 10% y el 100% del caudal medio (si no existen registros de caudales, se utiliza el caudal medio de fin de verano) y se considera al menos cuatro valores de caudal. Este método tiene una sensibilidad ecológica elevada, después de haber verificado una buena correlación entre una cobertura y la biomasa piscícola. Las variables utilizadas en este método son la cobertura vegetal, los caudales medios anuales, la longitud y el área de la sección. (Wesche & Richard, 1980).

• b)Método de Washington:

El método de Washington fue desarrollado para el Washington Department of Fisheries, (Departamento Pesquero de Washington, EE. UU), para especies salmonícolas; también es llamado método de las áreas favoritas. Utiliza la cartografía básica de las secciones de los ríos para determinar las áreas de postura y crecimiento de especies consideradas; se aplica para un rango de caudales de interés, considerando criterios biológicos de preferencia para una velocidad y una profundidad del flujo. Estos criterios definen los límites superiores e inferiores de los intervalos de valores seleccionados para las especies. Por lo menos, son considerados tres sitios representativos para desove o crecimiento, siendo definidas cuatro secciones transversales en cada sitio. A lo largo de cada sección transversal y de preferencia -también entre secciones- son realizadas mediciones de velocidad y de profundidad para mínimo cinco valores de caudal. Los valores obtenidos permiten definir isolíneas para la profundidad y velocidad. Este método constituye igualmente un ejemplo del caudal recomendado con base en criterios de mantenimiento del hábitat. Una ventaja es la forma de su gráfica, no siendo necesario correr la simulación hidráulica. Las variables utilizadas en este método son la velocidad, la profundidad de flujo, el caudal y el ciclo biológico de las especies. (Loar and Sale 1981 & Gordon et al, 1992) c) Método de California o Método de Waters:

Fue desarrollado para la determinación de caudales mínimos para la postura y crecimiento de especies salmonícolas existentes en los cursos de aguas de California. Este método es semejante al método de Washington y también es conocido con el nombre de las áreas favoritas, en los cuales se elaboran dos mapas planimétricos: uno de velocidad y otro de profundidad del flujo, a partir de información obtenida en secciones transversales seleccionadas para muestreo (en un número mínimo de 600 mediciones), para los caudales de interés, en un número superior a tres, sin aplicar una simulación hidráulica. Son considerados factores de ponderación, valores entre cero y uno, para cada uno de los parámetros. Adicionalmente, puede ser incluida una caracterización del sustrato en cada sitio del muestreo. Las variables utilizadas en este método son la velocidad, la profundidad de flujo, el área de la subsección, el sustrato. (Wesche & Richard, 1980) d) Metodología IFIM-PHABSIM:

La Instream Flow Incremental Metodology (IFIM) es considerada por muchos como un avance significativo en la determinación de los caudales ecológicos, ya que sintetiza los aspectos más relevantes de los métodos de Washington y de California. A partir de ella se analizan conjuntamente variables de tipo hidráulico y biológico. La metodología IFIM puede ser definida como un conjunto de procesos analíticos y simulaciones elaboradas para prever los cambios en el hábitat de los ríos, debido a las alteraciones del flujo. La forma como se aplique esta metodología podrá ser determinada para cada caso, dependiendo de la especificidad de la situación y así generar varias alternativas, ya que a partir de un caudal inicial se trabaja con diferentes valores de éste al igual que se considera si la especie cuenta con el hábitat físico que requiere, además de trabajar con los datos hidráulicos, hidrológicos y biológicos pertinentes. (Reiser et al, 1989) Grupo Metodológico Holístico:

Estos permiten determinar regímenes hidrológicos necesarios para mantener la integralidad del ecosistema, además de los usos sociales y productivos. Se basan en un manejo integrado de todos los factores biológicos, abióticos, socioeconómicos y el espectro completo del régimen hidrológico, incluyendo tanto su variabilidad espacial como temporal. Por lo tanto, son esencialmente interdisciplinarios, por ejemplo, una de las metodologías holísticas más recientes y elegida en este documento es DRIFT (Downstream Response to Imposed Flow Transformation), la cual consiste en cuatro módulos: biofísico, sociológico, desarrollo de escenarios y económico (King et al. 2003). El módulo biofísico implica la descripción de los elementos naturales y el funcionamiento del río y establece las bases para predecir cambios relacionados a modificaciones del caudal. El módulo sociológico identifica la población en riesgo, describe los usos del río y los perfiles de salud, que contribuyen a predecir los impactos sociales de los cambios en el río. Con base en esto, en el tercer módulo se identifican escenarios hidrológicos posibles y se describen las potenciales consecuencias biofísicas y sociales. Por último, el cuarto módulo calcula los costos de compensación y mitigación de los impactos en la población en riesgo para cada escenario. El resultado es una serie de escenarios descritos que pueden ser utilizados para la toma de decisión.

• a)Método DRIFT:

Metodología desarrollada en Sudáfrica, la cual brinda una perspectiva completa de las variaciones que ocurren río abajo en diferentes escenarios de regímenes de caudal. Esta perspectiva es muy importante para la toma de decisiones, ya que de antemano se conocerán todas las posibles respuestas del ecosistema y se podrá llegar a un consenso en el que se escoja la opción más conveniente para el medio ambiente (Pantoja, 2017).

El proceso dentro de la metodología DRIFT se divide en cuatro módulos (King et al. 2008):

· Biofísico: Describe la naturaleza y la forma en que funciona el río y establece las bases necesarias para predecir los cambios relacionados con las modificaciones de caudal.

· Sociológico: Se identifican los usos y costumbres asociados al río y la población que las practica. Se desarrollan las bases para predecir cuáles serían los impactos sociales de producirse ciertos cambios en el río.

· Desarrollo de escenarios: Identifica los posibles escenarios y las consecuencias ecológicas, sociales y económicas, sobre los mismos de producirse una alteración en el caudal.

· Económico: Los daños causados a la población en riesgo son evaluados desde el punto de vista financiero. Se toman en cuenta todos los escenarios posibles para calcular los costos de compensación y mitigación de los daños.

Esta metodología intenta abarcar todas las posibilidades existentes de regímenes de caudal, para de esa manera tomar la decisión que menos daños conlleve, lo cual la vuelve una metodología compleja, por tanto, se necesita contar con un grupo extenso e interdisciplinario de profesionales, lo cual eleva el costo de su aplicación, y a la vez lo limita para ciertos países con mayor capacidad económica, es por esto que su aplicabilidad dependerá del lugar en el que se desee utilizar. (Pantoja, 2017) b) Método RANA-REGINA:

Esta metodología fue desarrollada por el Instituto Costarricense de Electricidad con el fin de contar con una herramienta para estimar el caudal de compensación de los proyectos hidroeléctricos que están en diferentes etapas de factibilidad, y se considera holística porque en ella se integran análisis de la información hidrológica, biológica y socio-económica de los ríos de Costa Rica. Su nombre obedece a dos componentes de análisis establecidos en los años 2007 (Krasovskaia, I. y Rodríguez, C. 2007) y 2014 (Krasovskaia, I. et al,. 2014), RANA y REGINA respectivamente. Por medio de esta metodología se tiene la posibilidad de analizar las condiciones iniciales, o línea base, y el efecto de las diferentes alternativas de regulación en las condiciones físicas, biológicas y socioeconómicas en un sector específico de interés, o en la integralidad del río estudiado. Es necesario recalcar que la robustez de la metodología reside en buena parte en la información hidrológica que ha generado el ICE a través de los años. Con el componente RANA se logró la estimación de los diferentes descriptores de caudal (media anual, varianza y curvas de duración) en cualquier punto a lo largo del río. Por su parte, el componente REGINA incluyó métodos de regionalización de los caudales mínimos y crecientes, así como las curvas de duración. La particularidad de este segundo componente es que el análisis se extendió al resto del ciclo hidrológico dado que el anterior estaba restringido al período de estiaje.

Para la implementación de esta metodología, es necesario llevar a cabo estudios de las características del flujo en varios sectores de los ríos estudiados, seleccionados con base en su importancia para el régimen hidrológico, aspectos ecológicos y socioeconómicos. A través del trabajo de campo las áreas de Biología y Sociología se identificaron los principales usos del río, así como las especies y usuarios indicadores para hacer el estudio. Las "especies indicadoras" podrían ser los peces presentes en el río, u otro indicador, que se considere más sensible a los cambios de caudal, mientras que los "usos principales" son las actividades que poseen la importancia social más alta y que también son sensibles a los cambios de caudal. Las demandas biológicas de hábitat pueden establecerse con la ayuda de un panel de expertos y estudios de campo extensivos. La información sobre las demandas socio-económicas con respecto al caudal del río se obtiene por medio de inventarios de campo y talleres con partes interesadas y el régimen de caudal en los sitios de control se modeló mediante curvas de duración, utilizando distribuciones de probabilidad y los mapas creados durante el proyecto de caudales de compensación.

Los sitios de control, generalmente pozas, se seleccionan con base en su ubicación dentro de la sección crítica, entendiendo éste como el sector del río comprendido entre el sitio de presa y la restitución. Este sitio se denomina "sector crítico" debido a que va a ser alterado por la modificación de su caudal, pudiendo afectar la ecología y las actividades socioeconómicas que se desarrollan en la zona.

La metodología establece reglas de preferencia que se definen como los rangos de profundidad y velocidad del agua asociados con el desarrollo normal de las especies indicadoras y los usos principales El modelado hidráulico de la sección de interés permite estimar las velocidades de flujo y las profundidades para un caudal dado en los sitios específicos a lo largo del río, y la vinculación de estos parámetros a las demandas de hábitat y uso socioeconómico, se emplea para estimar el área útil en condiciones de flujo natural y de regulación.

La fase final evalúa la variación estacional del área útil para las especies acuáticas y los usos del agua condicionados a los caudales naturales o regulados. La comparación de la relación entre el área útil y la conectividad en cada sector del río con las demandas identificadas, permite comparar el impacto de los diferentes escenarios de regulación de una forma integral.

El método presenta un enfoque amplio para evaluar los efectos de las diferentes alternativas de regulación de caudal en la vida acuática y las actividades socioeconómicas de la población ribereña a lo largo del año, para facilitar la elección del esquema de regulación con un nivel de menor riesgo. La metodología sigue el concepto de gestión del caudal adaptativo, el cual prevé un seguimiento continuo de los resultados de la decisión elegida y un ajuste en función de los nuevos conocimientos.

• c)Método de Building Block - Enfoque Bottom-up:

Se realiza con base a estudios multidisciplinarios realizados del sitio, con el fin de comprender la relación caudal-características hidráulicas, este tipo de análisis es a mediano o largo plazo y requieren de inversiones considerables. Es esencialmente un enfoque prescriptivo, diseñado para construir un régimen de flujo para el mantenimiento de un río en una condición predeterminada. Este método ha proporcionado además un impulso para la evolución de varias metodologías alternativas de caudal ambiental de tipo holístico. Generalmente se trabajan desde 1 hasta 5 transectos dependiendo del tamaño del área de estudio, en cada transecto se debe analizar el tipo de sustrato, vegetación raparía y de macrófitas, además de información hidrológica, como curvas de duración de caudal, periodo de retorno, otra información que se debe recopilar es la entrada de agua subterránea estos corresponden al primer bloque o fase (Castro et al, 2006).

En el segundo bloque se procede a analizar la información para establecer la relación entre los caudales y las características hidráulicas, la morfología del canal y los biotopos para generar propuestas de un caudal ambiental que garantice el ciclo de vida de la fauna acuática (peces, macroinvertedrados, renacuajos, etc). También debe garantizar los usos socioeconómicos y culturales del rio, además de los ciclos vegetativos de las especies que se encuentran en la ribera, cuyo ciclo de vida dependa de la disponibilidad del agua en determinada época del año, y por último la navegabilidad en los casos que aplica (Aguilera y Poully, 2012). La principal ventaja que tiene este método es que, al ser holístico, toma en cuenta una gran cantidad de aspectos del régimen fluvial, lo que lo hace que tenga una mayor probabilidad de sostenibilidad a lo largo del tiempo.