Importancia del rastreo de la escorrentía en modelos hidrológicos: Aplicación en la cuenca del río Cautín, Chile

Abstract

Los modelos hidrológicos a macro-escala son típicamente implementados en forma espacialmente distribuida, por lo que se componen de diferentes unidades de modelación que, en conjunto, intentan describir la heterogeneidad espacial de los procesos hidrológicos de un sistema. Comúnmente, dichas unidades poseen estructuras verticales complejas para cuantificar flujos y variables de estado, pero carecen de una relación horizontal que permita la interacción de cada unidad con sus vecinas. El rastreo es el procedimiento que permite solventar en parte esta brecha, posibilitando la transformación de la escorrentía generada en estimaciones de caudal para algún instante y punto de una red hidrográfica. Si bien las decisiones de implementación y configuración del rastreo quedan típicamente a criterio del modelador, pocos estudios hasta la fecha han examinado en detalle sus implicancias hidrológicas. Este trabajo de tesis busca documentar tales efectos, para lo cual se implementa el modelo hidrológico distribuido de macro-escala Variable Infiltration Capacity Model (VIC) acoplado con el modelo de rastreo mizuRoute en la cuenca del río Cautín, Chile. Se utiliza el método de muestreo de hipercubo latino (LHS, por sus siglas en inglés) para generar 3500 sets de parámetros hidrológicos diferentes , para los que se analiza la calidad de las simulaciones de caudal obtenidas mediante cuatro esquemas de rastreo (hidrograma unitario, onda cinemática, Muskingum-Cunge y onda difusiva), aplicadas considerando cinco pasos de tiempo diferentes (1, 3, 6, 12 y 24 horas). Los resultados señalan que la incorporación de esquemas de rastreo mejora los indicadores de rendimiento en la cuenca de estudio. El máximo KGE alcanzado, evaluado diariamente, aumenta de 0.73 (sin rastreo) a 0.82 (para el mejor esquema), en el caso del NSE de 0.49 a 0.75 y para el NSE-log de 0.46 a 0.68; además, dichas mejoras no dependen del paso de tiempo adoptado en el rastreo. Por otra parte, para resoluciones temporales sub-diarias, medias diarias e incluso mensuales, existen diferencias notorias entre el caudal sin rastrear de VIC y los caudales rastreados por mizuRoute . Del mismo modo, el set de parámetros óptimo de VIC cambia según en el enfoque de modelación adoptado , lo que genera cambios en flujos hidrológicos, siendo mayor la contribución de flujo base a la escorrentía total (bf/Q) en configuraciones sin rastreo. Finalmente, se obtiene que las diferencias entre curvas de frecuencia o curvas de duración provenientes de distintos esquemas de rastreo aumentan con el paso de tiempo utilizado en el modelo de rastreo.