Evaluación de la metodología ESP para la generación de pronósticos de caudales de deshielo en cuencas de Chile Central

Abstract

Los pronósticos de caudales de deshielo son vitales para la gestión de recursos hídricos, operación de embalses, la determinación de disponibilidad hídrica para la agricultura, entre otros. Por lo tanto, es de gran interés desarrollar y evaluar métodos que permitan estimar caudales futuros. La presente investigación busca evaluar el desempeño de la metodología de predicción de caudales por conjuntos (ESP, por sus siglas en inglés), mediante la realización de pronósticos en retrospectiva, utilizando estructuras de modelos hidrológicos alternativas (GR4J, GR5J, GR6J y TUW), que cuentan con diferentes niveles de complejidad. El objetivo es pronosticar caudales de deshielo (periodo de septiembre/octubre a marzo) en 22 cuencas de Chile central (latitudes comprendidas entre 28°S y 37°S, aproximadamente), empleando siete funciones objetivo (FO) para calibrar y validar los modelos hidrológicos, y seis tiempos de inicialización para emitir los pronósticos (1° de mayo a 1° de octubre). Además, se realiza un proceso de evaluación de los pronósticos, empleando métricas que cuantifican sus propiedades probabilísticas y determinísticas; y un proceso de comparación con los pronósticos oficiales de la Dirección General de Aguas (DGA) de Chile. Los resultados del proceso de calibración y validación muestran que el modelo TUW es el que mejor simula la serie completa de volúmenes diarios y estacionales, para todas las FO, aunque tiende a sobrestimar los volúmenes de magnitud media y subestimar los de magnitud baja. Con respecto a los pronósticos estacionales ESP, los resultados indican que, a medida que se emiten más cerca de septiembre/octubre, el error probabilístico y la dispersión del conjunto disminuyen. Se obtienen mejores pronósticos en las cuencas del centro de la zona de estudio (latitudes comprendidas entre 30°S y 34°S), las cuales cuentan con un alto flujo base, asociado a una respuesta más lenta, y con mayor acumulación de nieve. Las FO que mejores resultados entregan son las que minimizan los volúmenes estacionales (EVDSep y EVDOct), aunque no se desempeñan satisfactoriamente a resoluciones temporales más bajas (e.g., pronósticos mensuales o diarios). Con respecto a los modelos hidrológicos, TUW es el que entrega los mejores pronósticos, mejorando, en promedio, a los modelos GR en un 9\% en cuanto a propiedades probabilísticas. En relación a los pronósticos emitidos en las cinco cuencas DGA, utilizando la mediana de los conjuntos, se supera el desempeño de la DGA en las cuencas Grande 1 y Maipo, en cuanto al sesgo y al error medio, mientras que en el resto de las cuencas, los resultados son cercanos a los oficiales. Finalmente, el desempeño de los pronósticos estacionales ESP se condiciona fuertemente a (i) el tiempo de inicialización, (ii) la elección de la función objetivo, (iii) las características hidroclimáticas de las cuencas, y (iv) la elección del modelo hidrológico. De esta forma, la metodología se valida en la zona de estudio, y tiene el potencial de ser utilizada en Chile a un bajo costo computacional, generando pronósticos con buenas propiedades probabilísticas.