Análisis y aplicación de modelos de predicción hidrológica en tiempo real para gestión óptima de riesgos de inundación en el Río Mekong

Abstract

The Mekong river is the 10th largest river in the world, draining from Tibetan plateau to finally discharge into the South China Sea. This living- flowing ecosystem runs along 4909 km, passing through several countries such as China, Myanmar, Lao PDR, Cambodia and Vietnam. Its total basin surface is of 795,000 Km2 from which 606,000 Km2 corresponds to the Lower Mekong Basin (LMB). A total of 60 million people dwell in the zone mainly in rural areas. In an average year 4 to 6 typhoons or severe tropical storms make landfall in Viet Nam, a number of which track across the lower Mekong Basin and cause significant to extreme flooding (P. T. Adamson, 2015). This kind of disasters inflict hefty material and immaterial damages upon the inhabitants of the LMB. However beneficial effects happen simultaneously. The average annual cost of flooding is estimated in USD 60-70 M/year albeit the benefit of flooding is 100 times bigger (USD 8-10 B/year). The actual challenge in the LMB is to reduce the negative impact of the floods whilst preserving the positive outcomes. A timely and accurate near-real time flood forecasting, can help to alleviate the adverse effects of the flooding. By providing antecedent precise information to warn Mekong Peoples, describing the future river conditions under a certain flood event. Thus, the aftermath of the event can be controlled/contained/reduced.

The way in which an environmental scientist might choose to make predictions will depend, in part, on the aims underlying the effort (K. Beven, 2009). Unified River Basin Simulator (URBS) conceptual hydrological model was applied in Lower Mekong Basin in 2007 after the catastrophic flood events of 2000, 2001 and 2002. URBS is a rainfall runoff routing model build for flood forecasting and design purposes. It was considered the most appropriated tool to serve the effort of mitigating the undesired results of the extreme river flooding. The model includes a rainfall runoff loss model that transforms gross rainfall into net or excess rainfall. Moreover, a runoff routing model (Split model) is integrated, and separates the channel and the catchment storage of each sub-catchment, with non-linear storage conceptualization. The Bureau of Meteorology, Australia, uses the URBS model as an event model extensively for flood forecasting on basins up to 250,000 km2 (Malone, 2000 and 2003). It was tested against five other hydrologic models in the Yangtze River Flood Control and Management Project (Markar, et al., 2002) and was one of three hydrologic models adopted for real-time use as a continuous simulation model in the project (Markar, et al., 2005). The Mekong River URBS models consist of 49 rainfall based URBS models which are linked together by 6 river routing URBS (Malone, 2013). Furthermore, the Mekong URBS is inserted into a data- models handling platform such as Deltares-FEWS and is coupled with a hydrodynamic model (ISIS 1D) and multi-regression model.

Every year a complete performance analysis of the models is conducted at the end of the flood season and conclusions and recommendations are delivered. Based on the findings of 2013, the proposed tasks to be carried out in the Master Thesis include as follows: a) Entire recalibration of the Mekong URBS model considering the challenges of the data availability and quality. b) Assessment of the performance of models included Deltares-FEWS platform: URBS, Hydrodynamic model(ISIS 1D) and multi-regression model. c) To establish practical conclusions for a future improved near real-time management of the basin in situations of flooding risk.

El rio Mekong es el décimo más largo del mundo, que drena desde la meseta tibetana hasta finalmente desembocar en el mar del sur de China. Este vivo y fluyente ecosistema recorre 4.909 Km, pasando por diferentes países como China, Birmania, Laos, Camboya y Vietnam. Su área total de cuenca es de 795,000 Km2 de los cuales 606.000 Km2 corresponden a la cuenca baja del Mekong. Un total de 60 millones de personas residen en el área mayoritariamente en zonas rurales. En un año medio de 4 a 6 tifones o tormentas tropicales severas tocan tierra en Vietnam, de los cuales algunos pasan por la cuenca baja del Mekong y causan importantes inundaciones o extremas (P. T. Adamson, 2015). Este tipo de desastres naturales infligen sustanciales daños materiales e inmateriales sobre los habitantes de la cuenca baja del Mekong. Sin embargo, efectos beneficiosos ocurren al mismo tiempo. El coste medio anual de las inundaciones se estima en 60-70M/año de dólares no obstante el beneficio de las inundaciones es 100 superior (8.000-10.000 m/año de dólares). El desafío actual en la cuenca baja del Mekong es reducir el impacto negativo de las inundaciones mientras que se preserva el efecto positivo. Una predicción de caudal a tiempo y precisa y casi en tiempo real, puede ayudar a mitigar los impactos adversos de las inundaciones. Dando información precisa y con suficiente tiempo de antecedencia para avisar a los habitantes del Mekong, que describa las condiciones futuras del rio bajo el efecto de un determinado evento de inundación. Por lo tanto, las consecuencias del evento se pueden controlar/contener/reducir. La forma en que los científicos dedicados al medio ambiente eligen como hacer predicciones dependerá, en parte, en la finalidad de iniciativa (K. Beven, 2009). Unified River Basin Simulator (URBS) es un modelo hidrológico conceptual aplicado en la cuenca baja del Mekong en 2007 después de las catastróficas inundaciones de 2000, 2001, 2002. URBS es una modelo de lluvia escorrentía construido para predicción de caudales y diseño. Este modelo fue considerado el método más apropiado para servir a finalidad de mitigar las consecuencias no deseadas de las inundaciones ribereñas. El modelo incluye un modelo de perdida de lluvia, que transforma lluvia bruta en lluvia neta o excedentaria. Asimismo, se incluye modelo de escorrentía y tránsito de avenidas (Split model), que separa el almacenamiento del curso principal y el de la cuenca de cada sub-cuenca, con una conceptualización no linear del almacenamiento. El Bureau Meteorología de Australia, usa el modelo URBS ampliamente como un modelo de evento para la predicción de caudales en cuencas hasta 250.000 Km2 (Malone, 2000 and 2003). Ha sido probado con otros cinco modelos hidrológicos en el proyecto ¿Yangtze River Flood Control and Management Project¿ (Markar, et al., 2002) y fue uno de los tres modelos adoptados para uso en tiempo real como un modelo simulación continua en el proyecto (Markar, et al., 2005). Los modelos URBS en el rio Mekong consisten en 49 modelos de lluvia unidos a 6 modelos de escorrentía URBS (Malone, 2013). Además, el modelo Mekong URBS está integrado en una plataforma de gestión de datos y modelos como FEWS de Deltares y está acoplado con un modelo hidrodinámico (ISIS 1D) y un modelo de regresión múltiple. Cada año se realiza un análisis completo de rendimiento de los modelos al final de la época de inundaciones y se proporcionan conclusiones y recomendaciones. Basados en las recomendaciones de 2013, las tareas propuestas para realizar en el trabajo final de Master son las siguientes: a) Recalibración entera del modelo Mekong URBS teniendo en cuenta los desafíos de la disponibilidad de datos y su calidad. b) Evaluación del rendimiento de los modelos incluidos en la plataforma FEWS de Deltares: URBS, modelo hidrodinámico (ISIS 1D) y modelo de regresión múltiple. c) Establecer conclusiones prácticas para la mejora de la gesti

[CA] El riu Mekong és el desé més llarg del món, que drena des de l'altiplà tibetà fins finalment desembocar al mar del sud de Xina. aquest viu i fluent ecosistema recorre 4.909 Km, passant per diferents països com Xina, Birmània, Laos, Cambotja i Vietnam. La seua àrea total de conca és de 795.000 Km2 dels quals 606.000 Km2 corresponen a la conca baixa del Mekong. Un total de 60,6 milions de persones residixen a l'àrea, majoritàriament en zones rurals. En un any mitjà, de 4 a 6 tifons o tempestats tropicals severes toquen terra a Vietnam, dels quals alguns passen per la conca baixa del Mekong i causen importants o extremes inundacions (MRC, 2015a). Aquest tipus de desastres naturals infligixen substancials danys materials i immaterials sobre els habitants de la conca baixa del Mekong. No obstant això, efectes beneficiosos ocorren al mateix temps. El cost mitjà anual de les inundacions s'estima en 60-70M/any de dòlars, tanmateix el benefici de les inundacions és 100 vegades superior (8.000- 10.000 M/any de dòlars). El desafiament actual en la conca baixa del Mekong és reduir l'impacte negatiu de les inundacions mentre que es preserva l'efecte positiu. Una predicció precisa de cabal a temps i quasi en temps real, pot ajudar a minvar els impactes adversos de les inundacions. Donant informació precisa i amb suficient temps d'antecedència per a avisar als habitants del Mekong, que descriga les condicions futures del riu davall l'efecte d'un determinat esdeveniment d'inundació. Per tant, les conseqüències de l'esdeveniment es poden controlar/contindre/reduir. La forma en què els científics dedicats al medi ambient trien com fer les prediccions dependrà, en part, en la finalitat d'iniciativa (K. Beven, 2009). Unified River Basin Simulator (URBS) és un model hidrològic conceptual aplicat a la conca baixa del Mekong en 2007 després de les catastròfiques inundacions de 2000, 2001, 2002. URBS és un model de pluja/escorriment construït per a predicció de cabals i disseny. Aquest model va ser considerat el mètode més apropiat per a servir a la finalitat de minvar les conseqüències no desitjades de les inundacions riberenques. El model inclou un model de perduda de pluja, que transforma pluja bruta en pluja neta o excedentària. Així mateix, s'inclou model d'escorriment i trànsit d'avingudes (Split model), que separa l'emmagatzematge del curs principal i el de la conca de cada subconca, amb una conceptualització no lineal de l'emmagatzematge. El Bureau Meteorologia d'Austràlia, fa servir el model URBS àmpliament com a un model d'esdeveniment per a la predicció de cabals en conques fins a 250.000 Km2 (Malone, 2000 i 2003). Ha estat provat amb altres cinc models hidrològics al projecte “Yangtze River Flood Control and Management Project” (Markar, t'al.,2002) i va ser un dels tres models adoptats per a ús en temps real com a model de simulació contínua al projecte (Markar, t'al., 2005). Els models URBS al riu Mekong consistixen en 49 models de pluja units a 6 models d'escorriment URBS (Hartman et al., 2013). A més, el model Mekong URBS està integrat a una plataforma de gestió de dades i models com FEWS de Deltares i està acoblat amb un model hidrodinàmic (ISIS 1D) i un model de regressió múltiple. Cada any es realitza una anàlisi completa de rendiment dels models al final de l'època d'inundacions i es proporcionen conclusions i recomanacions. Basats en les recomanacions de 2013, les tasques proposades per a realitzar en el treball final de Màster són les següents: • Recalibratge sencera del model Mekong URBS tenint en compte els desafiaments de la disponibilitat de dades i la seua qualitat. • Avaluació del rendiment dels models inclosos en la plataforma FEWS de Deltares: URBS, model hidrodinàmic (ISIS 1D) i model de regressió múltiple. • Establir conclusions pràctiques per a la millora de la gestió quasi en temps real de les situacions de risc d'inundació a la conca en un futur.