Inventario de recursos hídricos. Modelo SIMPA. Jornadas sobre El Nuevo Ciclo de Planificación Hidrológica en España

Transcripción

1 Inventario de recursos hídricos. Modelo SIMPA Jornadas sobre El Nuevo Ciclo de Planificación Hidrológica en España Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX Javier Álvarez Rodríguez.

2 Contenidos Modelo SIMPA Ampliación de las series Desarrollos en fase atmosférica Precipitación Evapotranspiración potencial Desarrollos en fase terrestre Almacenamiento en el suelo Modelo distribuido tratamiento del agua subterránea y relaciones río acuífero

3 SIMPA, sistema integrado de modelización precipitación aportación Integrar modelos hidrológicos e implementación de distribuidos Capaz de trabajar con grandes volúmenes de información. Conexión base de datos HIDRO CEDEX Inicio desarrollo: mediados de los 90. Estrela, T. & Quintas, L. A distributed hydrological model for water resources assessment in large basins. RIVERTECH st International Conference on New/Emerging Concepts for Rivers. IWRA. Sep , 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 Última actualización: SIMPA, a GRASS based tool for Hydrological Studies Free/Libre and Open Source Software for Geoinformatics: GIS-GRASS Users Conference

4 Utilización de SIMPA Evaluación de recursos hídricos en España para el Libro Blanco del Agua (MIMAM, 2000) y para el Plan Hidrológico Nacional GRAPES. Cabecera del Guadiana (ENV4-CT ) 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 Júcar Evaluación de los recursos hídricos en Honduras (AECI) Directiva Marco

5 Estructura Herramientas de desarrollo libre SO linux Compiladores gcc y fortran del SO Tcl/Tk incluido en OS Red Hat Linux; Vtcl 1.6.0b2 /vtcl.sourceforge.net/ GRASS SIMPA TCL/TK (VTCL) SHELL SCRIPTS xfree86 gcc FORTRAN LINUX

6 Interfaz del modelo

7 Principales módulos en SIMPA Definición de proyecto Visualización y despliegue de información Análisis de series temporales, leyes de frecuencia y completado Parametrización hidrológica. Extracción de parámetros de los mde Estimación recursos hídricos Estimación de caudales de avenida Módulo de calidad de aguas

8 Módulo de recursos Recurso natural en el esquema de planificación Tratamiento 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, homogéneamente Simulación en cualquier punto del territorio y para un periodo suficientemente extenso Ampliaciones del modelo hasta el momento más reciente

9 Modelo de simulación continua Paso mensual Abarcando el mayor periodo temporal posible para los trabajos de planificación hidrológica Simplificación de procesos hidrológicos Distribuida la generación de escorrentía superficial e infiltración Agregada la respuesta de los acuíferos

10 Series mensuales simuladas. Inventario Principales variables hidrológicas: Precipitación Evapotranspiración potencial y real Humedad en el suelo Recarga por lluvia Escorrentía superficial Escorrentía subterránea Escorrentía 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 Evapotranspiración. Abril 1969 Volumen acuífero. Abril Escorrentía subterránea. Abril 1969 Escorrentía superficial. Abril 1969 Escorrentía total. Abril 1969

11 Esquema de flujos del modelo

12 Ecuaciones del modelo Generación de excedente P i P i > P P oi oi T T Infiltración i i = = 0 i ( P P ) i i oi 2 P + δ 2 P oi Excedente (T) d 45º P o Lluvias bajas T=P Ley Thornthwaite EP T Ley Témez Lluvias altas Precipitación (P) I = I máx I máx Ti + T Descarga del acuífero i Q = α V Infiltración (mm) Imáx 10 mm Imáx 30 mm Imáx 50 mm Excedente (mm)

13 Coeficiente descarga Infiltración máxima Parámetros Almacenamiento suelo

14 Acuíferos (LBAS y planificación)

15 Mapas de resultados Precipitación, evapotranspiración potencial y escorrentía total en valores medios anuales (LBAE)

16 Resultados contrastados Selección de estaciones en régimen natural Series restituidas en los planes de cuenca con horizonte temporal hasta mediados de los 80 y finales de los 90 en algún caso

17 Tajo en Entrepeñas Simulado Registro histórico 80 m 3 /s

18 Guadalquivir en Tranco de Beas m3/s Simulado Registro histórico

19 Balance medio anual. Libro Blanco y PHN Precipitación 346 Evapotranspiración Recarga al acuífero Transferencias superficiales de otros territorios < 0.5 Transferencias subterráneas de otros territorios ~ 0 82 Escorrentía superficial directa. Componente superficial Componente subterránea 29 Aportación de la red fluvial 110 Transferencias subterráneas al mar y otros territorios: 2

20 Distribución media mensual de las principales variables hidrológicas Precipitación Evapotranspiración potencial Evapotranspiración real Escorrentía 100 mm OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP

21 Ampliación evaluación de recursos Parametrización y tratamiento de información dada en el LBAE y PHN Resultados homogéneos con el proceso de planificación anterior

22 Balance anual en España. 1940/ / pre ei aes 0.0 mm

23 ...resultados mm pre ei aes pre ei Nalón Entrepeñas aes pre ei aes pre ei aes mm mm mm Contraparada Ebro

24 Desarrollo en fase atmosférica Series registradas en pluviómetros convencionales Interés en la serie histórica Detección de heterogeneidades en las series Completado de lagunas y homogeneización de la disponibilidad de datos Interpolación Obtención de superficies con variabilidad espacial Extrapolación en zonas de altitud sin suficiente apoyo de la red meteorológica disponible

25 Heterogeneidades en las series meteorológicas

26 Disponibilidad actual de estaciones Número de estacione Norte, Galicia Costa y País Vasco Duero Tajo Guadiana Guadalquivir Sur Segura Júcar Ebro Cuencas Internas de Cataluña Baleares Canarias

27 Resolución de lagunas en las series Ecuación de regresión bivariada con estacionarización previa Agrupación de estaciones: 30 más cercanas a una dada Completado estación a estación sin necesidad de regionalización previa

28 Distribución espacial Patrón en medias mensuales: Periodo base: 1970/ /01 Extrapolación en altitud: regresiones locales considerando la orientación del terreno Ídem en variabilidad Residuos interpolables sobre patrones en media y variabilidad z = x μ σ

29 Disponibilidad de estaciones en altitud

30 Gradiente precipitación (mm/km) Gradiente influenciado por: Densidad de la red Fenómeno Orografía Papel de la costa Variabilidad mensual Octubre

31 Precipitaciones totales anuales 1970/ /01

32 Método de Hargreaves Método simplificado función de: Radiación solar en el techo de la atmósfera, R A Temperatura máxima diaria Temperatura mínima diaria Temperatura media diaria 0,5 ETPr = 0,0023 ( Tmed + 17,8)( Tmáx Tmín ) RA Hipótesis: la diferencia entre temperaturas máxima y mínima tiene una relación estrecha con la cobertura nubosa y la corrección de energía solar extraterrestre en neta

33 Gradiente temperaturas máximas y mínimas (ºC/km) Octubre

34 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 Thornthwaite Objetivo: reducir la incertidumbre entre los métodos de paso Estaciones evaporimétricas En embalses y puntos alejados de las poblaciones con estaciones completas

35 Evapotranspiración potencial ajustada

36 Fase terrestre. Agua en el suelo Incorporar las texturas en la parametrización Esquema teórico: Thornthwaite-Matter. Capacidad de retención en el suelo como combinación de Texturas Usos de suelo: CORINE LAND COVER. IGN Fuente de información: CIEMAT Base de datos. Propiedades edafológicas de suelos españoles. Abril 2000 Disponibilidad de la clasificación textural USDA y contenidos en arena, limo y arcilla en unos 1850 puntos (catas en superficie) en 32 litologías

37 Fase subterránea Nuevos requerimientos Simulación basada en la caracterización de acuíferos como entidades agregadas Libro 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 GRASS Permitirá contemplar la relación río acuífero

38 Otras implementaciones en SIMPA Nuevas opciones para el tratamiento de la infiltración Modelos de generación de nutrientes, nitratos y fosfatos