Análisis de la implementación de un modelo hidrológico distribuido con información estándar en España

Abstract

[ES] En la actualidad, el aprovechamiento sostenible, gestión y conservación de los recursos naturales son fundamentales para encarar los retos apuntados en la agenda ambiental global. Dicha agenda es un documento orientador, que se enmarca en una visión a largo plazo y a la vez propone acciones concretas y consensuadas a corto y mediano plazo estableciendo diferentes ejes temáticos entre los que se pueden destacar la Biodiversidad y los Recursos Hídricos. Para dar cumplimiento a estos retos es necesario evaluar los recursos disponibles, lo que a su vez requiere de la implementación de modelos numéricos.

El objetivo principal de este trabajo es la aplicación de un modelo hidrológico distribuido llamado TETIS desarrollado en el Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia, para predecir y analizar la respuesta hidrológica en cuencas hidrográficas españolas con escasez de datos y aprovechando información estándar. El modelo integra los distintos procesos del ciclo hidrológico para generar variables útiles para el análisis de los recursos hídricos como la evaporación, infiltración, caudales superficiales y subterráneos, entre otros.

Los datos fundamentales necesarios en la modelación hidrológica incluyen series de datos meteorológicos, datos de suelo y cobertura de suelo e información sobre la hidrografía de la cuenca. Para la aplicación del modelo hidrológico distribuido TETIS en las cuencas de los ríos Ésera, Siurana y Júcar se desarrolló una nueva propuesta metodológica, que combina la hidrología con el aprovechamiento de información estándar, de libre acceso y disponible online. Entre la información estándar utilizada se destacan los mapas de suelos elaborados por la Comunidad Europea y mapas de precipitación elaborados por AEMET, como Spain02, conjunto de datos diarios de precipitación y temperaturas máximas y mínimas sobre una malla regular de alta resolución (0.2¿x0.2¿) para el territorio peninsular español y las Islas Baleares, interpolada a partir de un número elevado (miles) de estaciones que han sido sometidas a un estricto control de calidad.

El análisis se enfocó en la respuesta de cada una de las cuencas usando información de lluvia puntual, caracterizada por un porcentaje significativo de datos faltantes, contrastada con información interpolada. Se realizó la modelación hidrológica a escala diaria estimando los parámetros espaciales, denominados parámetros distribuidos, llevando a cabo la calibración y validación del modelo en los diferentes escenarios seleccionados.

Los resultados obtenidos fueron comparados para cada escenario simulado realizando diferentes análisis estadísticos para conocer el grado de incertidumbre asociado entre los valores observados frente a los simulados. Se determinó que los resultados óptimos se esperan de los modelos donde se tenga mayor densidad de información hidrometeorológica lo cual ayuda a distribuir mejor la entrada de precipitación. Además los resultados indican que los conjuntos de datos interpolados y mapas globales se están acercando a una resolución estándar y que pueden ser utilizados para predicciones hidrológicas en las regiones donde existen datos dispersos. Adicionalmente al final del estudio se listan los aportes y las futuras líneas de investigación consideradas por el autor.

[EN] Nowadays, the sustainable use, management and conservation of natural resources are essential to confront challenges pointed in the global environmental plan. This plan is a guide that focuses on a long term vision and also proposes concrete actions on the short and medium term basis by setting different issues among which stand out the Biodiversity and Water Resources. To comply with these challenges it is necessary to assess the available resources, which in turn requires the implementation of numerical models.

The main objective of this work is the implementation of a distributed hydrological model called TETIS developed in the Department of Hydraulic and Environmental Engineering at the Universitat Politècnica de València, to predict and analyze the hydrological response in Spanish rivers basins with limited data and taking advantage of standard information. The model integrates the different processes of the Hydrological Cycle to generate useful variables for the assessment of water resources such as evaporation, infiltration, underground and superficial stream flow, among others.

The basic data required in hydrological modeling includes series of meteorological data, soil data and land cover and information on the hydrography of the basin. For the application of the distributed hydrological model TETIS in the Ésera, Siurana and Júcar rivers basins, a new methodological approach was developed, combining hydrology with the use of standard information, which is available online with open access. Among the standard information used are soil maps prepared by the European Community and, from the State Meteorology Agency (AEMET), daily precipitation datasets, and maximum and minimum temperatures on a high-resolution grid (0.2¿x0.2¿) developed for peninsular Spain and the Balearic islands, interpolated from thousands of quality-controlled stations (Spain02).

The analysis focuses on the response of watersheds using rainfall measurement point, characterized by a significant percentage of missing data, contrasted with interpolated information. The hydrological modeling was performed on a daily scale. The calibration and validation of the model was performed on the different scenarios selected.

The obtained results were compared for each simulated scenario executing different statistical analyses to determine the degree of uncertainty between the observed values versus the simulated data. It was determined that optimum results are expected from the models which have higher density of hydrometeorological information which helps to better distribute precipitation input. In addition, the results also indicated that the interpolated datasets and global maps are approaching a standard resolution and hydrological forecasts can be used in regions where data are sparse. Additionally at the end of the study the contributions and future lines of research considered by the author are listed.