Simulación y comprobación experimental de la escorrentia superficial en pequeñas cuencas no aforadas mediante modelos distribuidos implementados sobre (S.I.G)

Resumen

El estudio hidrológico de pequeñas cuencas rurales, caracterizadas por la total ausencia de datos foronómicos, se viene realizando mediante el empleo de modelos hidrometeorológicos. Estos modelos, partiendo de la información climatológica y de las propiedades físicas y geomorfológicas de cada cuenca, estiman los recursos hídricos superficiales y la magnitud de sus avenidas, con el fin de diseñar adecuadamente todo tipo de infraestructura rural que interaccione con el sistema hidrológico.
Los modelos hidrológicos aplicados actualmente se caracterizan por no considerar la variabilidad espacial de los parámetros y variables implicados en la simulación, por lo que se definen como modelos agregados. Esta circunstancia responde a la dificultad de manejar los enormes volúmenes de información que requiere el tratamiento de la variabilidad espacial (modelos distribuidos), por lo que la misma suele reducirse a la definición de dos únicos parámetros para toda la cuenca. El primero regula la trasferencia de precipitación a escorrentía, empleándose normalmente el número de curva del USDA SCS, mientras el segundo rige el desplazamiento de la escorrentía generada sobre la cuenca, siendo el parámetro más utilizado para esta función el denominado tiempo de concentración.
Las nuevas tecnologías desarrolladas en los últimos años nos pueden permitir afrontar el estudio hidrológico de las pequeñas cuencas de forma distribuida, superando las limitaciones de los modelos agregados clásicos. Estas tecnologías son los sistemas de información geográfica que, como consecuencia de su enorme capacidad para manejar información espacial georreferenciada y su potencialidad para el análisis y la modelación del medio físico, se muestran como un entorno de trabajo idóneo para la modelación hidrológica distribuida. Además, su capacidad para el intercambio de datos con los sistemas de tratamiento de información proveniente de sensores remotos potencia su utilidad, por lo que sin duda la utilización conjunta de ambas técnicas será fundamental en años venideros.
Con el fin de contrastar las ventajas teóricas de la modelación distribuida, se han desarrollado varios modelos hidrológicos distribuidos para el estudio de eventos en pequeñas cuencas. Estos modelos ofrecen varías posibilidades tanto para el tratamiento de la precipitación como para la génesis de la escorrentía y la traslación de la misma sobre la cuenca con el fin de sintetizar el hidrograma del evento.
Las posibilidades del tratamiento de la precipitación son múltiples, habiéndose desarrollado rutinas que permiten tanto el tratamiento agregado como distribuido de la misma. Para la génesis de la escorrentía directa se ha planteado la aplicación distribuida del modelo del número de curva del USDA SCS y del modelo de Green y Ampt, aunque el uso de este último ofrece dificultades debido a los elevados niveles de información requeridos.
La translación de la escorrentía sobre la cuenca ha sido el proceso más ampliamente estudiado. Se han desarrollado metodologías para la síntesis de "superficies de fricción" que nos proporcionan los tiempos de paso de la escorrentía por cada celda de la cuenca. De los tres modelos propuestos con este fin, dos son lineales y uno es no lineal, es decir, capaz de considerar la intensidad de la lluvia efectiva característica de cada intervalo. Finalmente, se sintetizan los hidrogramas mediante la aplicación del método de las isócronas.
El análisis de sensibilidad de los modelos estudiados pone de manifiesto los variables y parámetros cuya estimación debe ser más precisa. Los resultados muestran que el empleo de las tablas y recomendaciones proporcionadas por diversos autores e instituciones para la estimación de estos parámetros permite mantenernos dentro de unos márgenes de error aceptables.
Finalmente, se han establecido dos cuencas experimentales, que han sido instrumentalizadas para el registro de precipitaciones y caudales con el fin de evaluar la respuesta de los modelos distribuidos estudiados y compararla con la ofrecida por los modelos agregados más habituales en España.
Los resultados muestran que el proceso crítico en la simulación de eventos es la génesis de la escorrentía directa a partir de la precipitación. La aplicación distribuida del método del numero de curva mejora notablemente los resultados obtenidos mediante la agregada, aunque el deficiente tratamiento de la humedad antecedente plantea numerosos problemas. De entre los modelos distribuidos para la simulación de la traslación de la escorrentía, los no lineales muestran respuestas demasiado bruscas, mientras que el modelo lineal ofrece muy buenos ajustes, claramente superiores a los que presentan los modelos agregados empleados.