Estimación de la distribución espacial de la precipitación en zonas montañosas mediante métodos geoestadísticos

Resumen

La evaluación de los recursos hídricos es una cuestión clásica en hidrología, siendo sus resultados básicos en la planificación hidráulica. Los datos necesarios para su realización procederían de los registros de variables hidrológicas como los caudales en estaciones de aforo o los niveles piezométricos, pero en la práctica resultan insuficientes para contemplar la variabilidad espacial y temporal del ciclo hidrológico. Los modelos hidrológicos permiten transformar la lluvia en escorrentía y estimar los diferentes procesos por los que circula el agua. Pero se enfrentan a términos de incertidumbre derivados de las técnicas y posibilidades de medida de variables y parámetros, el tratamiento de la variabilidad espacial y temporal registrada, la bondad de las expresiones matemáticas que representan los procesos que concurren en el ciclo hidrológico y los procedimientos numéricos de resolución. A consecuencia de la existencia de esta incertidumbre, la práctica habitual hidrológica debe asumir los Principios de Parsimonia y Equifinalidad. Las series históricas de variables meteorológicas se registran en redes de sensores terrestres cuyo procesamiento se enfrenta a problemas como el de la baja densidad de registros en altitud y la falta de modelos que representen la compleja relación entre la lluvia y la orografía. El tratamiento de la fase atmosférica y, en concreto de la lluvia, es la primera tarea de un ejercicio de simulación hidrológica y determina el principal influjo de los modelos. La incertidumbre derivada de esta tarea se propaga al resto de procesos hidrológicos simulados, con repercusiones en las técnicas de calibración, validación y en los resultados alcanzados. El objetivo de la presente Tesis es la estimación de la lluvia en áreas montañosas de España mediante la propuesta de un procedimiento de interpolación. La metodología se fundamenta en el uso de técnicas geoestadísticas y de regresión lineal. La hipótesis principal es la descomposición de la variabilidad de la lluvia entre factores locales y de circulación general atmosférica. Los primeros están representados por la lluvia media y la variabilidad mensual en cada punto del territorio. Describen la influencia de los factores como la altitud, orientación del terreno, influencia de la costa y posición geográfica. El paso mensual es suficiente para contemplar los cambios estacionales y la secuencia de épocas húmedas y secas intranuales. Calculadas las componentes locales, se definen las anomalías relativas a los esquemas de circulación general atmosférica, cuya continuidad es apropiada para ser tratada mediante técnicas geoestadísticas. Los mapas de lluvia finalmente obtenidos son influjo en modelos de simulación de recursos hídricos en España. ABSTRACT The assessment of water resources is a classical question in hydrology and its results are essential in water resources planning. Data required to conduct these studies are hydrological variables such as streamflow recorded in gauging stations and groundwater levels, but they are insufficient considering spatial and temporal variability of the hydrological cycle. Then, hydrological tools for a rainfall-runoff modelling are needed. They estimate several hydrological processes, but they face a several sources of uncertainty. They arise from techniques and possibilities for measuring variables and parameters, the way time and space variability is considered, the goodness of the mathematical expressions that represent hydrological processes and numerical procedures to solve mentioned equations. As a consequence of the existence of this uncertainty, the hydrological practice must assume the principles of Parsimony and Equifinality. Historical series of meteorological variables are recorded in ground networks which faces problems like a low density of records in altitude and lack of models to represent the complex relationship between rainfall and orography. A mayor task in hydrological simulation is its resolution and determines the main input in hydrological models. The uncertainty resulting from this task is propagated through other simulated processes, with implications in calibration and validation techniques and in results achieved. The aim of this work is the estimation of rainfall in mountainous regions of Spain by means of an interpolation procedure that integrates rain and orographic treatment. The methodology is based on geostatistical techniques and linear regression models. The main hypothesis is the decomposition of rainfall variability into local and general atmospheric circulation patterns. The former are represented by monthly average rainfall and standard deviation at each point of the territory. It describes the influence of features such as altitude, terrain orientation, influence of the coast and geographical position. The monthly time step is adequate to consider seasonal changes and the sequence of intra-annual wet and dry seasons. Once local components are estimated, anomalies related to general atmospheric circulation patterns are defined and geostatistical techniques are applied considering their continuity. Rainfall maps obtained are used as input data for a water resources model.