modelo hidrológico distribuido j2000: caso de estudio en
Post on 16-Oct-2021
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Friedrich Schiller University of Jena
Department of Geoinformatics, Hydrology and Modelling
Modelo Hidrológico Distribuido J2000: Caso
de Estudio en la Cuenca Árida del Hurtado
Hidrología Andina, 17 – 20 de Noviembre de 2015
J2000
2
• Desarrollado originalmente por Krause (2002) y en
desarrollo continuo por el Departamento de
Geoinformática, Hidrología y Modelación de la FSU-
Jena
• Escala a nivel de cuenca
• Modelación física y conceptual de procesos
hidrológicos
• Distribución espacial cuasi completa
• Separación del escurrimiento en sus componentes
• Métodos para la regionalización de datos de fuentes
puntuales
• Estructura modular
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
ESTRUCTURA
3 Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
Núcleo GUI
Repesentación del conocimiento
Parametrización del
modelo
Creación del modelo
Descripción del modelo (XML)
Runtime system
•Configuración
•Ejecución
•Comunicación del sistema
Librería
(procesos hidrológicos,
análisis estadísticos,
componentes de la GUI, …)
Librería
•Tipos de datos
•I/O
•Componentes básicos
•Conversión de unidades
PROCESOS HIDROLÓGICOS
4 Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
Subsuperficial (RD2)
Base 1 (RG1)
Base 2 (RG2)
Superficial (RD1)
Componentes del escurrimiento
Zona alta
Zona baja
Agua subterránea
Lan
d U
se M
anag
em
en
t
Infiltración
MPS
Suelo
DPS
Precipitación
Precipitación neta
Evapotranspiración
PercolaciónAscenso capilar
LPS
Intercepción
Nieve
5
DATOS REQUERIDOS
• Series temporales:
– Precipitación
– Temperaturas máximas, mínimas y medias
– Caudal (para la calibración y validación)
• Geodatos:
– Modelo de elevación digital
– Suelos
– Cobertura del suelo
– Geología
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
6
PARÁMETROS REQUERIDOS
• Geología:
– Capacidad de almacenamiento del depósito subterráneo,
coeficiente de almacenamiento del depósito subterráneo
• Uso del suelo:
– Albedo, resistencia superficial para suelos saturados, índice de
área foliar, altura vegetativa efectiva, profundidad de las raíces,
impermeabilidad
• Suelos:
– Profundidad del suelo, coeficiente de permeabilidad, asenso
capilar, capacidad para el aire, capacidad de campo
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
OBJETIVOS Y METODOLOGÍA
• Evaluación de la calidad y homogeneidad de los
datos hidro-meteorológicos
• Simulación de los procesos hidrológicos en una
cuenca montañosa utilizando dos modelos
hidrológicos distintos
• Comparación de los resultados de la modelación
utilizando diferentes criterios de desempeño
7
Yt
Tiempo Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
8
ÁREA DE ESTUDIO
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
• Superficie: 670 km²
• 2,000 – 5,500 m.s.n.m.
• Clima Bsk
• Temperatura 13°C (min)
– 21°C (max)
• Precipitación: 147 mm
anuales (1979-2006)
• Caudal: 3.28 m³/s
(1979-2006)
• Influencia relevante de
El Niño y la ODP en el
clima local
DESAFÍOS
9
• Datos escasos
• Partes altas de la cuenca sin
mediciones
• Régimen nival Simulación
adecuada de procesos nivales y
glaciares
• Influencia de ENSO (eventos
extremos)
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
DISTRIBUCIÓN ESPACIAL
10
SWAT
J2000
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
11
COMPARACIÓN DE PROCESOS
Proceso J2000
Evapotranspiración Hargreaves (1985)
Derretimiento de la nieve Factor grado día
Infiltración Capacidad de infiltración máxima (tres casos distintos: verano, invierno y
nieve)
Escorrentía superficial Almacenamiento lineal
Intercepción Basado en el índice de área foliar (Dickinson 1984).
Interflow and percolation Tasa de percolación máxima
Flujo subsuperficial: almacenamiento lineal
Routing Kinematic wave normal mode
Regionalización de mediciones
puntuales
Ponderación a distancia con corrección de elevación
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
12
UNIDADES DE RESPUESTA HIDROLÓGICA (HRUS)
• Unidades homogéneas de modelación incluyendo
características topográficas, edafológicas, geológicas y de
uso de suelo
• Entidades de modelación
– 195 HRUs – SWAT
– 3,208 HRUs – J2000
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
13
CALIBRACIÓN (DIARIA)
0
100
200
300
400
5000
5
10
15
20
25
30
35
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
Pre
cip
itació
n [
mm
]
Caudal
[m³/
s]
Precip Observed J2000 SWAT
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
14
VALIDACIÓN (DIARIA)
0
100
200
300
400
5000
5
10
15
20
25
30
35
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Pre
cip
itació
n [
mm
]
Caudal [m
³/s]
Precip Observed J2000 SWAT
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
15
COMPONENTES DE FLUJO
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
0
5
10
15
20
25
Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun
Flu
jo [
mm
]
RD1 RD2 RG1 RG2
CRITERIOS DE DESEMPEÑO
16
• Criterios típicos: – r²
– NS
Calibración
Validación
r² NS
J2000 0.62 0.53
SWAT 0.75 0.70
LNS MAE NSrel
0.70 1.33 0.91
0.45 1.43 0.77
r² NS
J2000 0.66 0.64
SWAT 0.74 0.70
LNS MAE NSrel
0.82 1.00 0.90
0.01 1.37 0.69
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
CRITERIOS ALTERNATIVOS
17
-1,5
-0,5
0,5
1,5
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
lnC
aud
al
lnobserved lnj2000 lnSWAT
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
CONCLUSIONES
18
• Falta de datos representativos plantea un desafío de incertidumbre
• Sin embargo, ambos modelos fueron capaces de representar, en términos generales, el hidrograma:
– Subpredicción de eventos extremos
– Caudales bajos fueron mejor simulados por el J2000
• La selección de criterios de desempeño al evaluar modelos hidrológicos es de suma importancia:
– Criterios erróneos pueden conducir a suposiciones y decisiones equivocadas
• Procesos hidrológicos deben ser validados en el campo
• Aplicaciones de este tipo de modelos incluyen pronósticos de cambio climáticos o escenario de cambios en el uso del suelo
Hidrología Andina, 17-20.11.2015, Santiago, Chile
19
Gracias!
top related