Inventario de recursos hídricos. Modelo SIMPA

Jornadas sobre El Nuevo Ciclo de Planificación Hidrológica en España

Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEXJavier Álvarez Rodríguez. javier.alvarez@cedex.es

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

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

...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

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1962

1964

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1972

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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