The Tempisque-Bebedero catchment system: energy-water-food consensus in the seasonally dry tropics of northwestern Costa Rica

Abstract

Abstract. The Tempisque-Bebedero total catchment area is around 3400km2 (Map 1) with the Tempisque being the third longest river in Costa Rica (144km). The continental divide is denoted by the volcanoes (from NW to SE) Orosí, Cacao, Rincón de la Vieja (1916m a.s.l., highest elevation), and Miravalles and Tenorio form the catchment boundary in the east. However, water from the Caribbean slope is imported into the catchment for hydropower production and irrigation (Map 1). Lake Arenal would naturally contribute to the Caribbean lowlands, but was artificially enlarged to 85.5km2 (three times its original size) for greater storage in 1979. A relatively low mean elevation of 260m a.s.l. and a mean slope of around 6° characterize the catchment system. The drainage density (total stream length/total drainage area) is also relatively low compared to the rest of the country (0.5 at a scale of 1:200,000). The latter results in rivers with a low transport capacity, particularly in the lowlands, and the main channel of the Tempisque slowly meanders towards the Gulf of Nicoya. The Tempisque-Bebedero catchment system is characterized by a seasonal tropical climate (Aw – Köppen-Geiger updated world climate classification) with a marked dry and wet season cycle and small temperature variability over the year (Peel et al., 2007). The dry season typically lasts from December into April with virtually no rainfall. After a short transition period, rains reach a first maximum in May/June. This first maximum is followed by a dry period of 2-3 weeks in July, usually referred to as the mid-summer drought (Magaña et al., 1999). The rain maximum is reached in October, related to the position of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). The river flows reflect the seasonal climate. Mean flows from 1973 to 2003 at Guardia, Tempisque and Bebedero, Tenorio gauging stations (see spatial reference in Map 1) were 24.6 and 9.3m3/s, respectively. However, the lowest dry season flows measured (late April) were as low as 2.6 and 2m3/s, respectively. The mean water yield of 5.3L/s per km2 at Guardia is among the lowest in the country. Such a marked seasonality with relatively low water yields has historically been a challenge for water resources management in the northwestern region of Costa Rica. The overall mean annual water balance for the catchment system is precipitation of around 1800mm/year; MODIS satellite derived actual evapotranspiration of around 1100mm/ year and a resulting runoff of 700mm/year.Resumen. El área total de captación de Tempisque-Bebedero es de alrededor de 3400 km2 (Mapa 1), siendo el Tempisque el tercer río más largo de Costa Rica (144 km). La división continental está marcada por los volcanes (de NO a SE) Orosí, Cacao, Rincón de la Vieja (1916 m s.n.m., elevación más alta), y Miravalles y Tenorio forman el límite de la cuenca en el este. Sin embargo, el agua de la vertiente del Caribe se importa a la cuenca para la producción de energía hidroeléctrica y el riego (Mapa 1). El lago Arenal contribuiría naturalmente a las tierras bajas del Caribe, pero en 1979 se amplió artificialmente a 85,5 km2 (tres veces su tamaño original) para un mayor almacenamiento. Una elevación media relativamente baja de 260 m s.n.m. y una pendiente media de alrededor de 6° caracterizan el sistema de captación. La densidad de drenaje (longitud total del arroyo/área total de drenaje) también es relativamente baja en comparación con el resto del país (0,5 a una escala de 1:200.000). Esto último da como resultado ríos con baja capacidad de transporte, particularmente en las tierras bajas, y el cauce principal del Tempisque serpentea lentamente hacia el Golfo de Nicoya. El sistema de cuenca Tempisque-Bebedero se caracteriza por un clima tropical estacional (clasificación climática mundial actualizada Aw – Köppen-Geiger) con un marcado ciclo de estación seca y húmeda y pequeña variabilidad de temperatura a lo largo del año (Peel et al., 2007). La estación seca suele durar de diciembre a abril y prácticamente no llueve. Después de un breve período de transición, las lluvias alcanzan un primer máximo en mayo/junio. A este primer máximo le sigue un período seco de 2 a 3 semanas en julio, generalmente denominado sequía de mediados de verano (Magaña et al., 1999). El máximo de lluvia se alcanza en octubre, relacionado con la posición de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). Los caudales del río reflejan el clima estacional. Los caudales medios de 1973 a 2003 en las estaciones de aforo Guardia, Tempisque y Bebedero, Tenorio (ver referencia espacial en el Mapa 1) fueron de 24,6 y 9,3m3/s, respectivamente. Sin embargo, los caudales más bajos medidos en la estación seca (finales de abril) fueron tan bajos como 2,6 y 2 m3/s, respectivamente. El rendimiento medio de agua de 5,3 l/s por km2 en Guardia se encuentra entre los más bajos del país. Una estacionalidad tan marcada con rendimientos de agua relativamente bajos ha sido históricamente un desafío para la gestión de los recursos hídricos en la región noroeste de Costa Rica. El balance hídrico medio anual general para el sistema de captación es de una precipitación de alrededor de 1800 mm/año; El satélite MODIS derivó una evapotranspiración real de alrededor de 1100 mm/año y una escorrentía resultante de 700 mm/año.