Modelación hidrológica del sistema de explotación Gallego-Cinca de la Confederación Hidrográfica del Ebro mediante el modelo de precipitación-escorrentía HBV

Abstract

[EN] This final work of master is about the hydrological modelling at a monthly scale of the Gallego-Cinca water resources system with an area of 12208 Km² of the Ebro river basin agency using the HBV rainfall-runoff model developed by the Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI). The software used is the RS-Minerve developed by the Centre de Recherche sur l¿Environnement Alpin (CREALP) and the engineering office HydroCosmos SA with the collaboration of the Polytechnic University of Valencia (UPV) and the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL), is a program for the simulation and propagation of the surface runoff, capable of model complex hydraulic and hydrological networks according to a semi-distributed conceptual scheme. First the modelling of 2 subsystems (Gallego 4008 Km² and Cinca 8080 Km²) is performed, by the subdivision of each one in different smaller subbasins to make the hydrological modelling of each one of these taking into account the historical meteorological data, besides gauging stations belonging to the official network of gauging stations (R.O.E.A) present in the study area and the values of the water demand registered in a management model of the Aquatool software previously developed by the Ebro river basin agency were used, with which making a contrast of the simulation that provides the RS-Minerve software and the observed data through the years by those gauging stations, allowing to make the calibrations of the HBV model parameters of each subbasin in order to obtain simulations according to the reality with the help of some efficiency criteria and an objective function stipulated. Having calibrated the subbasin the next step was make the validation in other different period of the obtained calibration, thus finally the characterization of the subbasins, basins and the water resources system itself was achieved, achieving with this study and evaluate the behavior of the water resources, surface, subsurface and groundwater flows and influence of reservoirs present in the study area, obtaining then a parameterized model capable of reproducing any type of event in the water resources system with other input data different to those used in the calibration process. A correct calibration and a general parameterization of the hydrological model was achieved, getting good results and at the same time was found a clear alteration of the natural flow regime in the water resources system, first of all because of the large number of agricultural areas where the most of them are located in the subsystem of the Cinca river and second to the amount of existing reservoirs located almost entirely in the subsystem of the Gállego river producing considerable flow regulations. Finally different comparisons were realized between the contributions in natural regime of the SIMPA model registered in the management model of Aquatool and the obtained from the calibrated HBV model. To determine the goodness of the first one because is a more general model and the used in this work has a higher detail level. Evidencing that the ones from the SIMPA model are usually higher than those of HBV, and also respect to a typical year the naturally generated contributions are being overestimated from October to June and underestimated from July to September when the SIMPA model is used.

[ES] El presente trabajo de final de máster trata sobre la modelación hidrológica a escala mensual del sistema de explotación Gállego-Cinca con una superficie de 12208 Km² de la confederación hidrográfica del Ebro mediante el modelo de precipitación-escorrentía HBV desarrollado por el Instituto Meteorológico e Hidrológico de Suecia (SMHI). El modelo computacional utilizado es el RS Minerve desarrollado en conjunto por el Centre de Recherche sur l¿Environnement Alpin (CREALP) y la oficina de ingeniería HydroCosmos SA junto con la colaboración de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), es un programa para la simulación de la formación y propagación de la escorrentía superficial, capaz de modelar redes hidráulicas e hidrológicas complejas de acuerdo a un esquema semidistribuido conceptual. Primero se realiza la modelación de 2 subsistemas (Gállego 4008 Km² y Cinca 8080 Km²), mediante la subdivisión de cada una de ellas en diferentes subcuencas más pequeñas para realizar la modelación hidrológica de cada una de éstas teniendo en cuenta los datos meteorológicos históricos, además se utilizaron las estaciones de aforo pertenecientes a la Red Oficial de Estaciones de Aforo (R.O.E.A) presentes en la zona de estudio y los valores de demandas de agua registradas en un modelo de gestión del software Aquatool previamente desarrollado por la confederación hidrográfica del Ebro, con lo cual se iba realizando un contraste de la simulación que entrega el software RS Minerve y los datos observados a través de los años por dichas estaciones de aforo, permitiendo realizar las calibraciones de los parámetros del modelo HBV de cada subcuenca con el fin de obtener simulaciones acordes a la realidad con la ayuda de varios índices de eficiencia y una función objetivo estipulada. Al tener ya la subcuenca calibrada se procedía a hacer la validación en otro período diferente a dicha calibración obtenida, con lo cual finalmente se lograba la caracterización de las subcuencas, cuencas y en sí de todo el sistema de explotación, logrando con esto estudiar y evaluar el comportamiento de los recursos hídricos, flujos superficiales, subsuperficiales, subterráneos e influencia de los embalses presentes en la zona de estudio, obteniendo por lo tanto un modelo parametrizado capaz de reproducir cualquier tipo de evento en el sistema de explotación con otros datos de entrada diferentes a los utilizados para su calibración. Se logró una correcta calibración y parametrización general del modelo hidrológico obteniendo buenos resultados y a su vez se encontró una clara afección y alteración del régimen natural de caudales en el sistema de explotación, primero debido a la gran cantidad de zonas agrarias en donde la mayoría se ubican en el subsistema del río Cinca y segundo a la cantidad de embalses existentes situados casi en su totalidad en el subsistema del río Gállego produciendo regulaciones de caudales bien considerables. Finalmente se realizaron distintas comparaciones entre las aportaciones en régimen natural del modelo SIMPA registradas en el modelo de gestión de Aquatool y las obtenidas del modelo HBV calibrado. Para determinar la bondad del primero debido a que es un modelo más general y el realizado en este trabajo tiene un nivel de detalle superior. Evidenciándose que las del modelo SIMPA suelen ser mayores a las de HBV, y también respecto a un año típico medio se ha comprobado que se están sobreestimando las aportaciones generadas naturalmente de octubre a junio y subestimando las de julio a septiembre al utilizar el modelo de SIMPA.