Análisis de sensibilidad del tamaño de grilla sobre la calibración de modelos hidrológicos distribuidos en cuencas costeras

Abstract

Actualmente, los modelos hidrológicos sofisticados se han convertido en una herramienta indispensable para el análisis de aspectos hidrológicos complejos. En la presente tesis, se ha analizado el efecto de la variación del tamaño de grilla que representa geométricamente a la cuenca del río Cañete con un área de 5793.2 km2, basándose en las simulaciones calibradas realizadas con el modelo hidrológico distribuido TOPKAPI. El objetivo general consistió en proponer el criterio básico para determinar el tamaño de celda o cuadrante de la grilla óptimo con el cual discretizar una cuenca de estas características en la región costera del Perú. Entre los pasos metodológicos que se llevaron a cabo para esta investigación se destacan: Selección de cuenca, estaciones hidrometeorológicas y periodo de análisis. Completación y corrección de datos hidrometeorológicos. Análisis hidrológico partiendo de modelos digitales de terreno (DEM) y obtención de mapas de tipo y usos de los suelos de la cuenca derivados de sistemas de información geográfica (SIG). Aplicación del modelo hidrológico distribuido TOPKAPI en la cuenca de estudio, y por ende a las subcuencas involucradas con estaciones de aforo ubicadas al interior de esta cuenca. Calibración de los parámetros del modelo, enfocándose en alcanzar adecuados valores de las medidas de bondad de ajuste, principalmente el coeficiente de correlación y la eficiencia de Nash-Sutcliffe. Por último se realizó el análisis de sensibilidad generando simulaciones para seis escenarios con diferentes tamaños de grilla. Se ha analizado las medidas de bondad de ajuste y se encontró que para la cuenca en estudio el tamaño de grilla adecuado es de 1000 m. Los resultados de la calibración y validación del modelamiento fueron ampliamente satisfactorios, ya que los valores de las medidas de bondad de ajuste caían dentro de su rango recomendado. Además se concluyó que no necesariamente un menor tamaño de grilla reflejaba una mejor congruencia entre sus hidrogramas de salida con la serie de datos medidos en estaciones de aforo, sino que al contrario reflejaban resultados poco convenientes.

Currently, sophisticated hydrology models have become into an indispensable tool to analyze complex hydrology aspects. In this thesis, It has been analyzed the effect of grid size variation, that represents geometrically the Cañete river basin with an area of 5793.2 km2, based on calibrated simulations using the hydrological distributed model named TOPKAPI. The main objective was how to propose the basic criteria to determine the optimum cell size or quadrant, which a basin from the coastal region of Peru can be discretized. The methodological steps carried out for this research have been: Selection of a basin of study, hydrometeorological stations and period of analysis. Completion and correction of hydrometeorological data. Hydrological analysis based on digital elevation models (DEM) and obtaining maps of soil type and land uses derived by geographic information systems (GIS). Implementation of distributed hydrological model TOPKAPI in the basin of study and involved sub-basins using gauging stations located within the main basin. Calibration of the model parameters, focusing on achieving appropriate results of goodness-of-fit tests, mainly in the correlation coefficient and Nash-Sutcliffe efficiency. Finally, the sensitivity analysis was performed by means of calibrated simulations for each of six scenarios with different grid sizes. The goodness-of-fit tests were analyzed and finding out that a suitable grid size for the basin of study is 1000 m. The modelling results of calibration and validation were highly satisfactory, values of goodness-of-fit tests are within the recommended range. In addition to this, it was concluded that a smaller grid not necessarily performances a better congruence between their output hydrographs and measured data from gauging stations, on the contrary it reflected inconvenient results.