Metodología para el relleno de registros fluviométricos diarios en cuencas chilenas cercanas al régimen natural

Abstract

La disponibilidad de series continuas de caudal a lo largo del territorio nacional es esencial para cualquier caracterización hidrológica que busque sustentar la toma de decisiones respecto al uso del recurso hídrico. El objetivo general de esta memoria es desarrollar una metodología que permita rellenar vacíos en los registros fluviométricos del país, a diferentes escalas temporales, para estaciones fluviométricas con baja intervención humana. En primera instancia, se entrega un diagnóstico general de la cobertura temporal de 158 estaciones fluviométricas en Chile. Posteriormente, se rellenan datos faltantes de caudales medios anuales, estacionales y mensuales mediante árboles de decisión y regresiones lineales con estaciones vecinas, probando siete criterios diferentes para establecer similitud y escoger una cuenca donante. En relación con los caudales medios anuales, el criterio óptimo para rellenar datos faltantes en las zonas norte y sur del país incorpora sólo atributos físicos, tales como elevación media, pendiente media, fracción de bosque, fracción de pasto, fracción de ar- busto, clase geológica más común, tierras de cultivo, falta de cobertura terrestre y porcentaje de área nival. Las métricas resultantes de la validación cruzada son, R2 =0,97 y NRMSE = 0,16. La estimación de caudales medios estacionales muestra que para los periodos de enero a marzo y de abril a junio, el criterio más utilizado comprende sólo similitud hidrológica, definida como la distancia euclidiana entre coeficientes de Pardé. Para el periodo julio a septiembre, el criterio más utilizado incorpora sólo atributos climáticos (índice de aridez, estacionalidad de la precipitación y fracción de eventos de precipitación que caen como nieve). Para el periodo octubre a diciembre, el criterio más utilizado considera sólo atributos físicos. Para los periodos enero a marzo y julio a septiembre se obtienen las mejores (e iguales) métricas de validación cruzada (R2 = 0,98 y NRMSE = 0,11). En relación con los caudales medios mensuales, el mes para el cual se obtienen los mejores resultados es enero (R2 = 0,98, en validación cruzada), mientras que mayo es el mes con los peores resultados (R2 = 0,90). Finalmente, se utiliza el método no paramétrico K- nearest neighbors para estimar caudales medios diarios en cuatro cuencas: Estero Yerba Loca antes junta San Francisco, Río Aconcagua en Chacabuquito, Río Andalién camino a Penco y Río Lirquén en Cerro el Padre. Los resultados de la validación cruzada indican que al condicionar el método utilizando el caudal medio mensual como variable independiente, se obtienen buenos resultados para las estaciones Estero Yerba Loca antes junta San Francisco (R2 = 0,85) y Río Aconcagua en Chacabuquito (R2 = 0,87). Para las estaciones Río Andalién camino a Penco y Río Lirquén en Cerro el Padre, se incorporan además la precipitación y temperatura, y los resultados son regulares (R2 = 0,38 y R2 = 0,44 respectivamente). En las cuatro estaciones utilizadas, se obtienen mejores resultados (mayor R2) en el periodo octubre a marzo, debido a que, durante estos meses, los caudales no tienen cambios abruptos. Se concluye que la metodología pro- puesta tiene un mejor rendimiento entre estos meses, independiente del régimen hidrológico de la cuenca.