Caracterización espacial y parametrización de modelos hidrológicos en áreas de llanura

Abstract

La confiabilidad en la predicción hidrológica está estrechamente relacionada al conocimiento de la dinámica de los procesos hidrológicos y su interacción con el ambiente. En ese contexto el uso de modelos hidrológicos distribuidos de base física es una herramienta esencial de pronóstico del comportamiento hidrológico y para la gestión de recursos hídricos. En la región pampeana y en especial la zona centro y NE de la provincia de La Pampa, la presencia de un relieve llano y bajos gradientes hidráulicos asociados a la falta de sistema de drenaje definido, hace que la hidrología de esta zona este dominada por la presencia de flujos verticales donde el almacenamiento subterráneo es uno de los componentes más relevantes del ciclo hidrológico. Este comportamiento hidrológico puede verse alterado cuando la combinación de factores como excesivas precipitaciones y la descarga de eventuales ríos o arroyos, ocasiona una elevación de los niveles freáticos que sucesivamente interconectan cuerpos de agua generando extensas áreas inundadas con importantes implicancias económicas. Los modelos hidrológicos usualmente son aplicados a nivel de cuenca haciendo uso de una grilla regular o elementos de área interconectados como forma de segmentar o representar la variabilidad espacial. Este esquema conlleva a la definición de una gran cantidad de parámetros que sumado a la frecuente falta de observaciones, dificulta su definición. Como resultado, la modelación de procesos hidrológicos en ambientes de llanura constituye un desafío fundamentalmente por la falta de una cuenca definida y de los conectores o cauces de drenaje entre las celdas del modelo. Esta problemática es todavía mayor si se considera la falta de observaciones necesarias para calibrar y validar dichos modelos. El proyecto plantea como principal objetivo desarrollar una nueva estrategia para la modelización hidrológica en áreas de llanura con limitada información. Se prestará especial atención a la representación de la variabilidad espacial y a la parametrización de los procesos hidrológicos que potencialmente permita el acoplamiento entre modelos hidrológicos y atmosféricos. La implementación estará basada en la asociación de los parámetros de modelo con unidades del paisaje. Dichas unidades serán definidas en función del conocimiento local, como la variabilidad espacial en la recarga, a partir de variables como cobertura vegetal, tipo de suelo y uso de la tierra. Para tal fin diversos modelos serán evaluados bajo las hipótesis propuestas. La implementación se desarrollará en cuencas aforadas y/o donde sea posible evaluar la performance del modelo usando funciones multi-objetivo. La parametrización basada en unidades de paisaje facilitará la transferencia de parámetros. Este proyecto proveerá además, de una metodología para la modelización distribuida y con base física en áreas de llanura con limitada información.

The reliability of hydrological predictions is closely related to the knowledge of the dynamics of the hydrological processes and their interaction with the environment. The use of distributed and physically based hydrological models is an essential tool to forecast hydrological behavior and management of water resources. In the temperate region and especially the central and NE of the province of La Pampa, the presence of a flat relief with low hydraulic gradients associated with the lack of defined drainage system, results in the dominance of the vertical flows where underground storage is one of the most important components of the hydrological cycle. This behavior can be altered hydrologic when the combination of factors such as excessive rainfall and discharge of streams, causes a rise in groundwater levels which in turn interconnects water bodies, resulting in extensive flooded areas with significant economic implications. Hydrological models are usually applied at the basin scale using a regular grid as a way to segment or represent spatial variability. This scheme leads to the definition of a large number of parameters which combined with the frequent lack of observations restrict its application. As a result, the hydrological modeling in low relief environments is challenging mainly due to the lack of a defined basins and connectors or defined drainage systems. The main objective of this project is to develop a new strategy for hydrological modeling in flat areas with limited information. It focuses in the representation of the spatial variability and parameterization of hydrological processes that potentially allows the coupling between atmospheric and hydrological models. The implementation is based on the association of model parameters with landscape units. These units are defined in terms of local knowledge, as spatial variability in recharge, based on variables such as vegetation cover, soil type and land use. The implementation will take place in ungauged basins and / or where possible to assess the performance of the model using multi-objective functions. The parameterization based on landscape units will potentially allow the transfer of parameters. Thus, this project will also provide a methodology for physically-based distributed modeling in lowland areas with limited information.