Modelación hidrológica distribuida en cuencas andinas poco instrumentadas mediante la aplicación de técnicas de regionalización de parámetros hidrológicos
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Resumen en español
El presente trabajo presenta un enfoque de regionalización de parámetros hidrológicos en cuencas andinas, para lo cual se delimitaron siete unidades hidrográficas, con puntos de cierre en las estaciones hidrométricas Montezuma (Código IDEAM: 21217180), San Vicente (Código IDEAM: 21217220), Puente La Bolívar (Código IDEAM: 21217280), Puente Luisa (Código IDEAM: 21217140), Puente Carretera (Código IDEAM: 21217120), El Carmen (Código IDEAM: 21217200), y Payande (Código IDEAM: 21217070), todas ellas ubicadas en la Cuenca Mayor del Rio Coello en el departamento del Tolima, Colombia. Los parámetros regionalizados corresponden a los parámetros del modelo hidrológico distribuido TETIS, que es un modelo de tipo conceptual, físicamente basado, que intenta reproducir la fase terrestre del ciclo hidrológico a través de la interconexión de seis tanques de almacenamiento acoplados entre sí, y que determinan el comportamiento de los flujos de respuesta rápida y lenta en la cuenca hidrográfica, al ser de tipo distribuido, espacializa el balance hídrico modelado en una grilla de resolución previamente definida por el modelador, lo cual permite conocer el estado del balance en cualquier lugar de la cuenca. Se realizó un pre procesamiento y análisis de consistencia de la información hidrometeorológica oficial disponible, definiendo el intervalo comprendido entre el año 1996 al año 2005 como periodo de calibración y de transferencia de parámetros. De igual forma se definieron periodos de validación temporal para cada una de las estaciones entre los años 2002 a 2007. Se calibraron las diferentes unidades hidrológicas en los periodos definidos para cada una, y la calibración no se enfocó en la representación del hidrograma, sino que se generaron curvas de duración de caudales observada y simulada, ya que el comportamiento del modelo y la representación de los fenómenos en cuanto a distribución temporal fue aceptable, por lo cual se recurrió a observar el comportamiento del mismo en la distribución de frecuencias de los caudales. En dichas curvas se observó que el modelo representa muy bien los caudales inferiores al caudal medio observado, y que en los caudales más altos que se presentan con una probabilidad de excedencia de menos del 30%, las curvas varían en su tendencia. Cada uno de los conjuntos de parámetros calibrados en cada una de las unidades hidrográficas, se transfirió para los periodos de calibración y validación en las demás estaciones, calculando los indicadores de eficiencia, en los hidrogramas generados, y para las curvas de duración de caudales en las probabilidades de ocurrencia menores al Q50 y al Qmedio. El mejor comportamiento de los índices de eficiencia se presentó en las curvas de duración de caudales en las probabilidades de ocurrencia menores al Qmedio, por lo cual el análisis de regionalización se centró sobre esta zona de cada curva de duración de caudales. El Índice de Nash – Sutcliffe representa una mejor confiabilidad, debido a que con él, se están teniendo en cuenta los errores por sobre o sub estimación de los caudales, mientras que con el error cuadrático medio (RMSE), y el error en volumen, los errores por sobre y sub estimación pueden llegar a ser compensados. Se definieron 29 posibles índices de similaridad correspondientes a características físicas, climáticas y de caudal de la cuenca, una vez fueron realizadas las transferencias de parámetros, fueron depurados mediante el cálculo las correlaciones de Pearson (lineal) y Spearman (No lineal). Por último se estructuró el vector condicionante para los valores de los índices de eficiencia, con lo cual se obtuvo el árbol de clasificación para los mismos, logrando así definir la estructura lógica para concluir que dos cuencas presentan nivel de similaridad 1 o nivel de similaridad 2. Palabras clave: modelación hidrológica distribuida, Modelo hidrológico TETIS, regionalización de parámetros hidrológicos, modelación TETIS en Colombia.
Resumen en español
This work contains a hydrologic parameter regionalization approach in Andean basins, for which seven hydrographic units were defined with outlets in the hydrometric stations Montezuma (Código IDEAM: 21217180), San Vicente (Código IDEAM: 21217220), Puente La Bolívar (Código IDEAM: 21217280), Puente Luisa (Código IDEAM: 21217140), Puente Carretera (Código IDEAM: 21217120), El Carmen (Código IDEAM: 21217200), y Payande (Código IDEAM: 21217070), all of those into Coello Major Basin, in Tolima´s state, Colombia, The regionalized parameters correspond to the parameters of distributed hydrological model TETIS, which is a physical based conceptual model that tries to reproduce the land phase of the hydrologic cycle through the interconnection of six storage tanks. These tanks are interconnected and determine the behavior of fast and slow flow responses in the watershed. Because it is distributed, the water balance model is configured as a spatial grid. This allows researchers to know the state of balance anywhere in the basin. A first approach to the official climatological information available was made, defining calibration and transfer parameters periods between 1996 to 2005. In the same way temporal validation periods were defining for each station between 2002 to 2007. The different hydrographic units were calibrated in the periods defined for each one, and calibration wasn´t limited to the spatial representation of the hydrograph, but duration observed and simulated flows curves were generated because the model behavior and hydrologic phenomena representation in terms of temporal distribution was acceptable. Instead this was needed to observe the behavior in flow frequency distribution, which is not more than the flow duration curve. In these curves it was observed that the model is well below the average flow observed flow rates. The highest flow rates that occur have less than a 30% probability of exceeding limits, though the curves vary in their tendency. Each of the calibrated parameters sets in the hydrographic units were transferred for calibration and validation periods in other stations, calculating efficiency indicators in hydrographs generated. The duration curves flow in the probabilities of occurrence under the Q50 and Qmedio. The best performance efficiency ratios presented in the flow duration curves in the lower probabilities of occurrence Qmedio, so regionalization analysis was focused accordingly. Nash - Sutcliffe Index represents better reliability, because they are taking with him into account errors by over or under estimation of flows, while the mean square error (RMSE), and error volume, mistakes over and underestimation may become compensated, having a good indicator with a bad representation of the phenomena. 29 possible indices correspond to physicals, climatic, and flows, of the basin characteristics were defined. They were cleared once the parameter transfers were made by calculating Pearson (linear) and Spearman (Nonlinear) correlations. Finally the conditioning vector for the values of efficiency ratios was structured, which the classification tree for them was obtained, thus achieving definition of the logical structure to conclude that two basins present Levels 1 or 2 of similarity. Keywords: Distributed hydrological modelling, hydrological model TETIS, hydrological
