Calibración de un modelo hidráulico de lluvia distribuida en una cuenca: procedimiento y sensibilidad de parámetros. Aplicación al caso del río Ojailén (Ciudad Real)

Abstract

En la actualidad la conexión entre la hidrología y la hidráulica es de vital importancia para comprender y modelar el comportamiento completo del ciclo hidrológico en una cuenca hidrográfica. Los modelos hidrológicos se centran en el comportamiento del agua a nivel de cuenca hidrográfica, y su finalidad es simular y predecir los procesos relacionados con el agua en la cuenca, como la precipitación, la escorrentía, la infiltración, la evaporación, etc. Los modelos hidráulicos se centran en el comportamiento del agua dentro de la red de drenaje. Se emplean estos modelos para predecir cómo el flujo de agua fluye en estos sistemas (ríos, canales, tuberías, etc.) teniendo en cuenta las características del flujo y la geometría de los canales. En el presente trabajo, con el propósito de efectuar la integración de un modelo hidrológico en un modelo hidráulico, se lleva a cabo un modelo de lluvia distribuida a través del software HEC-RAS aplicado a la cuenca del río Ojailén (Ciudad Real). Con este modelo se pretende lograr comprender el comportamiento completo del sistema. Es decir, entender cómo la precipitación se convierte en escorrentía, cómo se mueve el agua a través de la cuenca, cómo se almacena en el terreno, cómo fluye a través de los arroyos, ríos, etc. El objetivo principal del trabajo consiste en utilizar datos reales de lluvia y caudal para llevar a cabo la calibración de los parámetros hidráulicos e hidrológicos más relevantes en la cuenca de estudio. Mediante este procedimiento de calibración, se busca ajustar una serie de parámetros con el fin de lograr una correspondencia cercana entre los resultados simulados y los datos reales observados. Esto permitirá predecir de manera precisa el comportamiento de la cuenca hidrográfica en diversas condiciones hidrológicas, entre ellas, eventos de avenidas. Una vez que el modelo hidráulico ha sido calibrado, resulta crucial llevar a cabo su validación para evaluar su capacidad predictiva. Esto implica utilizar datos observados adicionales y compararlos con los resultados obtenidos a través de la simulación. La validación garantiza que el modelo sea capaz de proporcionar predicciones confiables y precisas del comportamiento hidráulico en la cuenca de estudio. Un modelo calibrado y validado, utilizando datos reales, se puede emplear para realizar predicciones de tormentas de diseño, como la tormenta de diseño de 500 años. A lo largo del documento se desarrolla la metodología seguida para la calibración y validación, los datos de partida necesarios, un análisis de sensibilidad de la influencia de los parámetros en los resultados, así como algunas recomendaciones de cara a futuras calibraciones.

Nowadays the connection between hydrology and hydraulics is of vital importance to understand and model the complete behavior of the hydrological cycle in a river basin. Hydrologic models focus on the behavior of water at the watershed level, and their purpose is to simulate and predict water-related processes in the watershed, such as precipitation, runoff, infiltration, evaporation, etc. Hydraulic models focus on the behavior of water within the drainage network. These models are used to predict how the flow of water flows in these systems (rivers, canals, pipes, etc.) taking into account the flow characteristics and the geometry of the channels. In the present work, with the purpose of integrating a hydrological model into a hydraulic model, a distributed rainfall model is carried out using the HEC-RAS software applied to the Ojailén river basin (Ciudad Real). The aim of this model is to understand the complete behavior of the system. That is, to understand how precipitation is converted into runoff, how water moves through the basin, how it is stored in the ground, how it flows through streams, rivers, etc. The main objective of this work is to use real rainfall and flow data to carry out the calibration of the most relevant hydraulic and hydrological parameters in the study basin. Through this calibration procedure, the aim is to adjust a series of parameters in order to achieve a close correspondence between the simulated results and the real observed data. This will make it possible to accurately predict the behavior of the watershed under various hydrological conditions, including flood events. Once the hydraulic model has been calibrated, it is crucial to carry out its validation to assess its predictive capacity. This involves using additional observed data and comparing it with the results obtained through simulation. Validation ensures that the model is capable of providing reliable and accurate predictions of hydraulic behavior in the study basin. A calibrated and validated model, using real data, can be used to make predictions of design storms, such as the 500-year design storm. Throughout the document, the methodology followed for the calibration and validation, the necessary starting data, a sensitivity analysis of the influence of the parameters on the results, as well as some recommendations for future calibrations are developed.