Análisis de sensibilidad de parámetros del modelo VIC a través del gradiente hidroclimático de Chile

Abstract

A pesar de que el modelo de Capacidad de Infiltración Variable (VIC) se ha utilizado durante décadas en la comunidad hidrológica, todavía hay una serie de parámetros cuyas sensibilidades siguen siendo desconocidas. La comprensión de los factores que controlan la sensibilidad paramétrica en el espacio es fundamental dado el creciente interés por mejorar la calibración de modelos distribuidos a alta resolución espacial, obteniendo distribuciones de parámetros continuas y coherentes. En este trabajo de tesis, se investigan las sensibilidades proporcionadas por 43 parámetros de suelo, vegetación y nieve del modelo VIC, en celdas de 0,05° × 0,05° contenidas dentro de 101 cuencas con régimen cercano al natural en Chile continental, con un total de 5.574 celdas. Se implementa un enfoque híbrido de análisis de sensibilidad local-global, utilizando ocho métricas de evaluación para caracterizar las sensibilidades paramétricas: cuatro de ellas son formuladas a partir de series de tiempo de caudal; dos caracterizan los procesos de la nieve y dos se basan en procesos de evaporación. Además, se realiza un análisis de correlación entre las sensibilidades paramétricas obtenidas y atributos climáticos y fisiográficos de las celdas, con el objetivo de identificar los principales factores que controlan la influencia de parámetros en respuestas hidrológicas simuladas. Los resultados confirman una sobreparametrización para los procesos analizados, con sólo 12 parámetros (28% del total) definidos como sensibles: los parámetros de suelo INFILT; Ws; Ds; DsMAX; Expt2; Depth2 y Depth3; los parámetros de vegetación LAI y Rmin; y los parámetros de nieve NEWALB; ALBAA y ALBTHA. Los análisis de correlación muestran que las variables climáticas en particular, la precipitación media anual y el índice de aridez , son los principales factores que controlan la sensibilidad de los parámetros. Por ejemplo, los parámetros DsMAX y Ws son relevantes para la pendiente del segmento medio de la curva de duración de caudales en zonas con mayor precipitación (rs=0,91) y bajo índice de aridez (rs=-0,91), mientras que el parámetro Rmin tiene alto impactoes sustancial en el balance hídrico general en áreas con altas precipitaciones (rs=0,85), amplia fracción de cobertura de suelo definida como bosque (rs=0,81) e índices de aridez bajos (rs=-0,79). Además, los resultados destacan la influencia del índice de área foliar en los procesos hidrológicos simulados, independientemente de los tipos de clima dominantes, y la relevancia de los parámetros de nieve codificados. En base a los resultados de la correlación y la interpretación de los patrones de sensibilidad espacial, se entrega una orientación sobre los parámetros más relevantes para la calibración del modelo VIC de acuerdo con los procesos objetivo y el tipo de clima predominante. En general, los resultados presentados contribuyen a una mejor comprensión del comportamiento del modelo para dominios con diversas características físicas, a lo largo de un pronunciado gradiente hidroclimático que abarca desde sistemas hiperáridos a húmedos.