Implementación de un modelo hidrológico distribuido para la predicción de crecidas en tiempo real en la cuenca del río Albaida

Abstract

[ES] Las inundaciones son la catástrofe natural que mayores daños genera en España. Según el Consorcio de Compensación de Seguros y el Instituto Geológico y Minero de España, en nuestro país, los daños por inundaciones se estiman en total en una media de 800 millones de euros anuales. El desarrollo de herramientas de predicción permite anticiparse y prepararse frente a estos eventos, reduciendo los daños sobre la población y los bienes materiales.

En el presente trabajo se implementa un modelo hidrológico distribuido en la cuenca del río Albaida utilizando TETIS. TETIS es un modelo de simulación hidrológica y del ciclo de sedimentos de tipo distribuido en el espacio mediante una subdivisión de la cuenca en celdas regulares, con parámetros físicamente basados. Es un modelo integral, que puede abordar problemas tanto de crecidas como de recursos hídricos con un mismo modelo. Además, tiene un potente algoritmo de calibración automática de sus parámetros efectivos y de los valores iniciales de todas las variables de estado, que facilita enormemente su implementación práctica.

El estudio se enmarca dentro de un convenio de colaboración entre el Grupo de Investigación de Modelación Hidrológica y Ambiental (GIMHA) de la Universidad Politécnica de Valencia, y el Sistema Automático de Información Hidrológica (SAIH) de la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ). Se estudia como caso piloto la cuenca del río Albaida por sus características en cuanto a las crecidas históricas, contando con el caso del embalse de Bellús en el río Albaida, que ha tenido que realizar desembalses durante eventos pasados, así como el río Canyoles que no se encuentra regulado, aportando ambos caudales a la ribera del Júcar, sistema complejo afectado por diversos ríos y barrancos y que presenta un alto nivel de peligrosidad tanto urbana como agraria.

En primer lugar, se ha realizado un análisis de la delimitación de la cuenca del río Albaida en detalle, apoyándose en modelaciones hidráulicas bidimensionales. A continuación, se ha seleccionado la resolución espacial de trabajo, para posteriormente estimar los distintos mapas de parámetros que caracterizan los principales procesos hidrológicos que tienen lugar en la transformación de la lluvia en escorrentía. De forma paralela se han procesado los datos hidrológicos con resolución temporal horaria facilitados por el SAIH-CHJ, los cuales se corresponden con los eventos más significativos de los últimos años. Para ello, se han preparado los ficheros de evento al modelo, que contienen datos registrados de precipitación en distintos puntos de la cuenca, así como los volúmenes en el embalse de Bellús y los caudales en las estaciones de aforo.

A continuación, se ha llevado a cabo la calibración del modelo hidrológico en el embalse de Bellús para el evento de septiembre de 2019, analizando posteriormente la validación espacial, temporal y espacio-temporal del modelo hidrológico con los factores correctores obtenidos.

Seguidamente, se ha estudiado la fiabilidad del modelo para la predicción de caudales para eventos pasados, en base a los datos de pronóstico de precipitación del modelo HARMONIE-AROME de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET), volviendo a ajustar el modelo para que reproduzca de la mejor forma posible los eventos futuros a partir de estas predicciones.

Finalmente se han detallado las conclusiones obtenidas, así como una propuesta de mejoras que podrían llevarse dentro del convenio como líneas futuras.

[EN] Floods are natural catastrophes that generate the greatest damage in Spain. According to the Insurance Compensation Consortium and the Geological and Mining Institute of Spain, in our country, flood damage is estimated in total as an average of 800 million euros per year. The development of forecasting tools allows to anticipate and prepare for these events, reducing the damage to the population and property.

In this study, a distributed hydrological model is being implemented in the Albaida river basin using TETIS. TETIS is a spatially distributed hydrological and sediment cycle simulation model which subdivides the basin into regular cells, with physically based parameters. It is a comprehensive model, which can address both flood and water resource problems within the same model. In addition, it has a powerful algorithm for automatic calibration of its effective parameters and the initial values of all state variables, which greatly facilitates its practical implementation.

The study is part of a collaboration agreement between the Hydrological and Environmental Modelling Research Group (GIMHA) of the Polytechnic University of Valencia, and the Automatic Hydrological Information System (SAIH) of the Júcar Basin Authority (CHJ). The Albaida river basin is being studied as a pilot case due to its characteristics in terms of historical floods, keeping in mind the case of the Bellús reservoir on the Albaida river, which has carried out water releases during past events, as well as the Canyoles river that it is not regulated, contributing both flows to the Júcar floodplain, a complex system affected by various rivers and torrential streams which presents a high level of both urban and agricultural danger.

First, an analysis of the delimitation of the Albaida river basin has been carried out in detail, relying on two-dimensional hydraulic modeling. Next, the working spatial resolution has been selected, to later estimate the different parameter maps that characterize the main hydrological processes that take place in the rain-runoff transformation. At once, the hydrological data with hourly temporal resolution provided by the SAIH-CHJ, which correspond to the most significant events in recent years, have been processed. For this, the model event files have been prepared, which contain recorded data on precipitation at different points in the basin, as well as the volumes in the Bellús reservoir and the flows in the gauging stations.

Next, the calibration of the hydrological model was carried out in the Bellús reservoir for the September 2019 event, subsequently analyzing the spatial, temporal and spatio-temporal validation of the hydrological model with the corrective factors obtained.

Following, the reliability of the model for the prediction of flows for past events was studied, based on the precipitation forecast data of the HARMONIE-AROME model of the State Meteorological Agency (AEMET), adjusting the model again to reproduce in the best possible way future events from these predictions.

Finally, the conclusions obtained have been detailed, as well as a proposal for improvements that could be carried out within the agreement as future lines.