inventario de recursos hídricos. modelo simpa. · 2017-09-15 · inventario de recursos hídricos....
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Inventario de recursos hídricos. Modelo SIMPA
Jornadas sobre El Nuevo Ciclo de Planificación Hidrológica en España
Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEXJavier Álvarez Rodríguez. [email protected]
Contenidos
Modelo SIMPAAmpliación de las seriesDesarrollos en fase atmosférica
Precipitación Evapotranspiración potencial
Desarrollos en fase terrestreAlmacenamiento en el sueloModelo distribuido tratamiento del agua subterránea y relaciones río acuífero
SIMPA, sistema integrado de modelizaciónprecipitación aportación
Integrar modelos hidrológicos e implementación de distribuidosCapaz de trabajar con grandes volúmenes de información. Conexión base de datos HIDRO CEDEXInicio desarrollo: mediados de los 90. Estrela, T. & Quintas, L. A distributed hydrological model for water resources assessment in large basins. RIVERTECH 96. 1st International Conference on New/EmergingConcepts for Rivers. IWRA. Sep. 22-26, 1996. Chicago. EE.UU.Tesis doctoral. J. M. Ruiz García. Desarrollo de un Modelo Hidrológico Distribuido de Simulación Continua Integrado con un Sistema de Información Geográfica. Mayo 1998. Última actualización: SIMPA, a GRASS based tool for Hydrological Studies Free/Libre and Open Source Software for Geoinformatics: GIS-GRASS Users Conference
Utilización de SIMPA
Evaluación de recursos hídricos en España para el Libro Blanco del Agua (MIMAM, 2000) y para el Plan Hidrológico NacionalGRAPES. Cabecera del Guadiana (ENV4-CT95-0186) Colaboración con la Dirección General de Carreteras para la determinación de los caudales de diseño de POD (pequeñas obras de drenaje transversal)Instalación en la Oficina de Planificación de la C. H. del JúcarEvaluación de los recursos hídricos en Honduras (AECI)Directiva Marco
Estructura
Herramientas de desarrollo libreSO linux www.redhat.es/fedoraCompiladores gcc y fortran del SOTcl/Tk 8.3.5 incluido en OS Red Hat Linux; Vtcl 1.6.0b2 /vtcl.sourceforge.net/
SIMPA
TCL/TK (VTCL)
SHELL SCRIPTSGRASS
xfree86 FORTRANgcc
LINUX
Interfaz del modelo
Principales módulos en SIMPA
Definición de proyectoVisualización y despliegue de información Análisis de series temporales, leyes de frecuencia y completadoParametrización hidrológica. Extracción de parámetros de los mdeEstimación recursos hídricosEstimación de caudales de avenidaMódulo de calidad de aguas
Módulo de recursos
Recurso natural en el esquema de planificaciónTratamiento de variables y parámetros básicos:
hidrometeorológicas: precipitación, ETP, caudal, niveles ...fisiográficas, suelo, acuífero, etc.
Tratamiento integrado de aguas superficiales y subterráneas En grandes cuencas y España, homogéneamenteSimulación en cualquier punto del territorio y para un periodo suficientemente extenso
Ampliaciones del modelo hasta el momento más reciente
Modelo de simulación continua
Paso mensualAbarcando el mayor periodo temporal posible para los trabajos de planificación hidrológicaSimplificación de procesos hidrológicos
Distribuida la generación de escorrentía superficial e infiltraciónAgregada la respuesta de los acuíferos
Series mensuales simuladas. Inventario
Principales variables hidrológicas:
PrecipitaciónEvapotranspiración potencial y realHumedad en el sueloRecarga por lluviaEscorrentía superficialEscorrentía subterráneaEscorrentía total
Y por agregación, en cualquier punto de la red hidrográfica
Precipitación. Abril 1969 Evapotransp. potencial. Abril 1969 Humedad suelo. Abril 1969
Recarga acuífero. Abril 1969
Evapotranspiración. Abril 1969 Volumen acuífero. Abril 1969
Escorrentía subterránea. Abril 1969 Escorrentía superficial. Abril 1969 Escorrentía total. Abril 1969
Precipitación. Abril 1969 Evapotransp. potencial. Abril 1969 Humedad suelo. Abril 1969
Recarga acuífero. Abril 1969
Evapotranspiración. Abril 1969 Volumen acuífero. Abril 1969
Escorrentía subterránea. Abril 1969 Escorrentía superficial. Abril 1969 Escorrentía total. Abril 1969
Esquema de flujos del modelo
Ecuaciones del modelo
Generación de excedente
Infiltración
Descarga del acuífero
( )
02
2
=⇒≤∀⋅−+
−=⇒>∀
ioii
oiii
oiiioii
TPPPP
PPTPPδ
T=P
Exce
dent
e ( T
)
Precipitación (P)45º
Lluvias bajas Lluvias altas
EP
d
Po
T
Ley Tho
rnthwaite
Ley Tém
ez
T=P
Exce
dent
e ( T
)
Precipitación (P)45º
Lluvias bajas Lluvias altas
EP
d
Po
T
Ley Tho
rnthwaite
Ley Tém
ez
imáx
imáx TI
TII+
⋅=
VQ ⋅= α0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Excedente (mm)In
filtr
ació
n (m
m)
Imáx 10 mm
Imáx 30 mm
Imáx 50 mm
Parámetros
Almacenamiento suelo
Coef
icien
te d
esca
rga
Infil
tració
n m
áxim
a
Acuíferos (LBAS y planificación)
Mapas de resultados
Precipitación, evapotranspiración potencial y escorrentía total en valores medios anuales (LBAE)
Resultados contrastados
Selección de estaciones en régimen naturalSeries restituidas en los planes de cuenca con horizonte temporal hasta mediados de los 80 y finales de los 90 en algún caso
Tajo en Entrepeñas 1940-1995
0
20
40
60
80
100
120
m3 /s
SimuladoRegistro histórico
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
m3/
s
SimuladoRegistro histórico
Guadalquivir en Tranco de Beas 1940-1995
Balance medio anual. Libro Blanco y PHN
Precipitación Evapotranspiración235
Escorrentía superficial directa.
Transferencias subterráneas de otros territorios ~ 0
Rec
arga
al a
cuífe
ro
Componente superficial
Aportaciónde la red fluvial
110
Transferencias subterráneas al mar y
otros territorios: 2
346
2929
82Transferencias superficiales de otros territorios < 0.5
Componente subterránea
Distribución media mensual de las principales variables hidrológicas
0
20
40
60
80
100
120
140
160
OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP
mm
PrecipitaciónEvapotranspiración potencialEvapotranspiración realEscorrentía
Ampliación evaluación de recursos
Parametrización y tratamiento de información dada en el LBAE y PHNResultados homogéneos con el proceso de planificación anterior
Balance anual en España. 1940/41-2004/05
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1000.0
1940
1942
1944
1946
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1950
1952
1954
1956
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1960
1962
1964
1966
1968
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1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
mm
pre ei aes
...resultados
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1000.0
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
mm
pre eiaes
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1000.0
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
mm
pre ei aes
0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0
1000.01100.01200.01300.01400.01500.01600.01700.01800.0
1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
mm
preeiaes
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
mm
pre ei aes
Nalón Entrepeñas
Contraparada Ebro
Desarrollo en fase atmosférica
Series registradas en pluviómetros convencionalesInterés en la serie histórica
Detección de heterogeneidades en las seriesCompletado de lagunas y homogeneización de la disponibilidad de datosInterpolación
Obtención de superficies con variabilidad espacialExtrapolación en zonas de altitud sin suficiente apoyo de la red meteorológica disponible
Heterogeneidades en las series meteorológicas
Disponibilidad actual de estaciones
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1910
1915
1920
1925
1930
1935
1940
1945
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Núm
ero
de e
stac
ione
Norte, Galicia Costa y País Vasco Duero
Tajo Guadiana
Guadalquivir Sur
Segura Júcar
Ebro Cuencas Internas de Cataluña
Baleares Canarias
Resolución de lagunas en las series
Ecuación de regresión bivariada con estacionarización previaAgrupación de estaciones: 30 más cercanas a una dadaCompletado estación a estación sin necesidad de regionalización previa
Distribución espacial
Patrón en medias mensuales: Periodo base: 1970/71-2000/01Extrapolación en altitud: regresiones locales considerando la orientación del terreno
Ídem en variabilidadResiduos interpolables sobre patrones en media y variabilidad
σμ−
=xz
Disponibilidad de estaciones en altitud
Gradiente precipitación (mm/km)
Oct
ubre
Gradiente influenciado por:
Densidad de la redFenómeno •Orografía•Papel de la costa•Variabilidad mensual
Precipitaciones totales anuales 1970/71-2000/01
Método de Hargreaves
Método simplificado función de:Radiación solar en el techo de la atmósfera, RATemperatura máxima diariaTemperatura mínima diariaTemperatura media diaria
Hipótesis: la diferencia entre temperaturas máxima y mínima tiene una relación estrecha con la cobertura nubosa y la corrección de energía solar extraterrestreen neta
( ) ( ) Amedr RTTTETP ⋅−⋅+⋅= 5,0mínmáx8,170023,0
Gradiente temperaturas máximas y mínimas (ºC/km)
Oct
ubre
Corrección climática
Utilizando como referencia Penman Monteith se elaboran correcciones regionales sobre las estimaciones de Hargreaves
Ídem Libro Blanco y PHN pero entonces basado en ThornthwaiteObjetivo: reducir la incertidumbre entre los métodos de paso
Estaciones evaporimétricasEn embalses y puntos alejados de las poblaciones con estaciones completas
Evapotranspiración potencial ajustada
Fase terrestre. Agua en el suelo
Incorporar las texturas en la parametrizaciónEsquema teórico: Thornthwaite-Matter. Capacidad de retención en el suelo como combinación de
TexturasUsos de suelo: CORINE LAND COVER. IGN
Fuente de información: CIEMATBase de datos. Propiedades edafológicas de suelos españoles. Abril 2000Disponibilidad de la clasificación textural USDA y contenidos en arena, limo y arcilla en unos 1850 puntos (catas en superficie) en 32 litologías
Fase subterránea
Nuevos requerimientosSimulación basada en la caracterización de acuíferos como entidades agregadasLibro Blanco de Aguas Subterráneas. MINER-MOPTMA 1995 y proceso de planificación hidrológica
Implementación de un modelo distribuido de flujo subterráneo en SIMPA
Colaboración con IGME en la parametrización e implementación del MODFLOW Implementación de versiones en el SIG GRASSPermitirá contemplar la relación río acuífero
Otras implementaciones en SIMPA
Nuevas opciones para el tratamiento de la infiltraciónModelos de generación de nutrientes, nitratos y fosfatos