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Modelo de hidrología del VHB

Cabeceras del río Pungwe ; Se ha utilizado HBV para modelar esta cuenca de drenaje.

El modelo de hidrología HBV , o modelo Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning, es una simulación por computadora utilizada para analizar la descarga de los ríos y la contaminación del agua . Desarrollado originalmente para su uso en Escandinavia , [1] [2] [3] este modelo de transporte hidrológico también se ha aplicado en un gran número de cuencas en la mayoría de los continentes. [4] [5] [6]

Modelado de descarga

Ésta es la principal aplicación del VHB y ha pasado por muchos perfeccionamientos. [7] Comprende las siguientes rutinas:

El modelo HBV es un modelo de cuenca agrupado (o semidistribuido) de tipo cubeta (o también llamado "conceptual") que tiene relativamente pocos parámetros de modelo y requisitos mínimos de entrada de forzamiento, generalmente la temperatura diaria y la precipitación diaria. En primer lugar, la nieve se calcula después de definir un umbral de temperatura de derretimiento (TT normalmente 0 °C) y un parámetro CMELT que refleja la nieve derretida equivalente para la diferencia de temperatura. El resultado se divide en una parte de escorrentía superficial y una parte que penetra en el suelo por infiltración . En segundo lugar, la humedad del suelo se calcula después de definir un valor inicial y la capacidad de campo (FC). En tercer lugar, se calcula la evapotranspiración real (ETPa), primero utilizando un modelo externo (como Penman-Montieth ) para encontrar la ETP potencial y luego ajustando el resultado a las temperaturas y el punto de marchitez permanente (PWP) de la cuenca en cuestión. . Un parámetro C que refleja el aumento de la ETP con las diferencias de temperaturas (Temperatura Real y Temperatura Media Mensual). El modelo considera la cuenca como dos embalses (S1 y S2) conectados por un flujo de percolación. El aporte al primer embalse se calcula como el escurrimiento superficial, que es lo que queda de la precipitación inicial una vez calculadas la infiltración y la evapotranspiración. El flujo de salida del primer depósito se divide en dos flujos separados (Q1 y Q2), donde Q1 representa el flujo rápido que se activa después de un cierto umbral L (definido por el usuario o por calibración) y Q2 representa el flujo intermedio. Se utiliza una constante K1 para encontrar los flujos de salida en función del almacenamiento en S1. La tasa de percolación depende de una Kd constante junto con el almacenamiento en S1. La salida del segundo embalse se considera el flujo de agua subterránea (Q3), función de una constante K2 y del almacenamiento en S2. El flujo total generado por un determinado evento de lluvia es la suma de los 3 flujos.

Calibración. Posteriormente, el resultado del modelo se compara con los valores de flujo medidos reales y el parámetro de Nash-Sutcliffe se utiliza para calibrar el modelo cambiando los diferentes parámetros. El modelo tiene 9 parámetros en total: TT, Cmelt, FC, C, PWP, L, K1, K2, Kd. Para una buena calibración del modelo es mejor utilizar la simulación Monte-Carlo o el método GLUE para definir adecuadamente los parámetros y la incertidumbre en el modelo. El modelo es bastante fiable pero, como siempre, la necesidad de buenos datos de entrada es esencial para obtener buenos resultados. Se ha explorado la sensibilidad del modelo HBV a la incertidumbre de los parámetros [8], revelando interacciones significativas de los parámetros que afectan la unicidad de la calibración y cierta dependencia del estado.

Aplicaciones. El VHB se ha utilizado para simular la descarga de ríos en muchos países del mundo, incluidos Brasil , China , [9] Irán , [10] Mozambique , [11] Suecia , [12] [13] [14] Suiza [15] y Zimbabwe . [16] El HBV también se ha utilizado para simular variables internas como los niveles de agua subterránea. [17] El modelo también se ha utilizado para estudios de detección de cambios hidrológicos [18] y estudios de impacto del cambio climático. [19] [20]

Versiones. El modelo HBV existe en varias versiones. Una versión, que ha sido especialmente diseñada para la educación con una interfaz gráfica de usuario fácil de usar , es HBV light. [21] La emulación HBV está disponible como parte del marco hidrológico Raven. Raven es un marco de modelado hidrológico robusto y flexible de código abierto, diseñado para su aplicación a problemas hidrológicos desafiantes en el mundo académico y en la práctica. Este código totalmente orientado a objetos proporciona total flexibilidad en discretización espacial, interpolación, representación de procesos y generación de funciones forzadas.

Modelado de sedimentos y solutos.

El modelo HBV también puede simular el transporte fluvial de sedimentos y sólidos disueltos. Lidén simuló el transporte de nitrógeno , fósforo y sedimentos en suspensión en Brasil , Estonia , Suecia y Zimbabwe . [22] [23]

Ver también

Referencias

  1. ^ Bergström, S., 1976. Desarrollo y aplicación de un modelo conceptual de escorrentía para cuencas escandinavas, Informe SMHI RHO 7 , Norrköping, 134 págs.
  2. ^ Bergström, S. 1995. El modelo VHB. En: Singh, VP (Ed.) Modelos informáticos de hidrología de cuencas . Publicaciones de recursos hídricos, Highlands Ranch, CO., págs. 443-476.
  3. ^ Bergström, Sten; Lindström, Göran (26 de mayo de 2015). "Interpretación de procesos de escorrentía en modelación hidrológica-experiencia desde el enfoque HBV". Procesos Hidrológicos . 29 (16): 3535–3545. doi : 10.1002/hyp.10510. ISSN  0885-6087. S2CID  130830725.
  4. ^ Oudin, L., Hervieu, F., Michel, C., Perrin, C., Andréassian, V., Anctil, F. y Loumagne, C. 2005. ¿Qué entrada potencial de evapotranspiración para un modelo de lluvia-escorrentía concentrada? Parte 2: Hacia un modelo de evapotranspiración potencial simple y eficiente para la modelización de lluvia y escorrentía. Revista de Hidrología , 303 , 290-306.[1]
  5. ^ Perrin, C., Michel, C. y Andréassian, V. 2001. ¿Una gran cantidad de parámetros mejora el rendimiento del modelo? Evaluación comparativa de estructuras de modelos de cuencas comunes en 429 cuencas. Revista de Hidrología , 242 , 275-301.[2]
  6. ^ Seibert, J. y Bergström, S.: Una retrospectiva sobre el modelado de cuencas hidrológicas basada en medio siglo con el modelo HBV, Hydrol. Sistema Tierra. Ciencia, 26, 1371–1388, [3], 2022
  7. ^ Lindström, G., Gardelin, M., Johansson, B., Persson, M. y Bergström, S. 1997. Desarrollo y prueba del modelo hidrológico distribuido HBV-96. Revista de Hidrología , 201 , 272-288.[4]
  8. ^ Abebe, NA, FL Ogden y N. Raj-Pradhan 2010. Análisis de sensibilidad e incertidumbre del modelo conceptual de lluvia-escorrentía HBV: implicaciones para la estimación de parámetros. J. Hydrol., 389 (2010): 301-310. [5].
  9. ^ Zhang, X. y Lindström, G. 1996. Un estudio comparativo de un modelo hidrológico sueco y chino. Boletín de Recursos Hídricos , 32 , 985-994.[6]
  10. ^ Masih, I., Uhlenbrook, S., Ahmad, MD y Maskey, S. 2008. Regionalización de un modelo conceptual de escorrentía de lluvia basado en la similitud de la curva de duración del flujo: un estudio de caso de la cuenca del río Karkheh, Irán. Resúmenes de investigaciones geofísicas, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU2008-A-00226.[7]
  11. ^ Andersson, L., Hellström, S.-S., Kjellström, E., Losjö, K., Rummukainen, M., Samuelsson, P. y Wilk, J. 2006. Informe de modelado: impactos del cambio climático en los recursos hídricos en la cuenca de drenaje de Pungwe. Informe SMHI 2006-41 , Norrköping, 92 págs.[8] [ enlace muerto permanente ]
  12. ^ Seibert, J. 1999. Regionalización de parámetros para un modelo conceptual de lluvia-escorrentía. Meteorología Agrícola y Forestal , 98-99 , 279-293.[9]
  13. ^ Seibert, J., 2003. Fiabilidad de las predicciones del modelo fuera de las condiciones de calibración. Hidrología nórdica , 34 , 477-492. [10] Archivado el 21 de julio de 2011 en Wayback Machine.
  14. ^ Teutschbein, Claudia; Seibert, enero (agosto de 2012). "Corrección de sesgo de simulaciones de modelos climáticos regionales para estudios de impacto del cambio climático hidrológico: revisión y evaluación de diferentes métodos". Revista de Hidrología . 456–457: 12–29. doi :10.1016/j.jhidrol.2012.05.052. ISSN  0022-1694.
  15. ^ Addor, Nans; Rössler, Ole; Köplin, Nina; Hus, Matías; Weingartner, Rolf; Seibert, enero (octubre de 2014). "Cambios fuertes y fuentes de incertidumbre en los regímenes hidrológicos proyectados de las cuencas suizas" (PDF) . Investigación de recursos hídricos . 50 (10): 7541–7562. doi :10.1002/2014wr015549. ISSN  0043-1397. S2CID  52837807.
  16. ^ Lidén, R. y Harlin, J. 2000. Análisis del desempeño del modelado conceptual de lluvia-escorrentía en diferentes climas. Revista de Hidrología , 238 , 231-247.[11]
  17. ^ Seibert, J., 2000. Calibración multicriterio de un modelo conceptual de lluvia-escorrentía utilizando un algoritmo genético. Hidrología y ciencias del sistema terrestre , 4(2) , 215-224. [12]
  18. ^ Seibert, enero; McDonnell, JJ (2010). "Impactos de la cobertura del suelo en el caudal: un enfoque de modelado de detección de cambios que incorpora la incertidumbre de los parámetros". Revista de Ciencias Hidrológicas . 55 (3): 316–332. doi :10.1080/02626661003683264. S2CID  26825290.
  19. ^ Jenicek, Michal; Seibert, enero; Staudinger, María (enero de 2018). "Modelado de cambios futuros en la capa de nieve estacional y los impactos en los caudales bajos del verano en las cuencas alpinas". Investigación de recursos hídricos . 54 (1): 538–556. doi :10.1002/2017wr021648. ISSN  0043-1397. S2CID  133729782.
  20. ^ Teutschbein, C.; Patrocinador, RA; Agarra, T.; Blackburn, M.; Boyer, EW; Hytteborn, JK; Obispo, K. (noviembre de 2017). "Futura carga fluvial de nitrógeno inorgánico al mar Báltico desde Suecia: un enfoque conjunto para evaluar los efectos del cambio climático". Ciclos biogeoquímicos globales . 31 (11): 1674-1701. doi : 10.1002/2016gb005598 . ISSN  0886-6236.
  21. ^ Seibert, enero; Vis, Marc (2012). "Enseñanza de modelado hidrológico con un paquete de software de modelo de captación-escorrentía fácil de usar". Hidrol. Sistema Tierra. Ciencia . 16 (9): 3315–3325. doi : 10.5194/hess-16-3315-2012 .
  22. ^ Lidén, R., Modelos conceptuales de escorrentía para estimaciones del transporte de materiales , tesis doctoral, Universidad de Lund , Lund, Suecia (2000)
  23. ^ Lidén, R., Harlin, J., Karlsson, M. y Rahmberg, M. 2001. Modelado hidrológico de sedimentos finos en el río Odzi, Zimbabwe. Agua SA , 27 , 303-315.[13] [ enlace muerto permanente ]

enlaces externos