Desarrollo de modelos hidrológicos y modelación de procesos superficiales. Caso de estudio para vertientes de alta montaña

Development of hydrological models and surface process modelization. Study case in high mountain slopes

Los modelos hidrológicos son útiles por varias razones y entre otras porque permiten predecir los flujos al interior de los sistemas hidrológicos, lo cual es importante en la predicción de inundaciones y fenómenos violentos asociados a los flujos de agua, especialmente en materiales con un alto grado de meteorización. La combinación de estos modelos con predicciones meteorológicas, especialmente con modelos para precipitación, permite modelar el comportamiento del agua en el suelo. En muchos casos, este tipo de modelos es muy sensible a la evapotranspiración. En estudios climáticos, los procesos superficiales tienen que ser representados adecuadamente. Si se buscan resultados fiables, la calibración y la validación de modelos hidrológicos es una componente muy importante en la aplicación de este tipo de modelos. Este artículo se trata de un ejercicio práctico de aplicación de información hidrológica completa a escala detallada para una cuenca de alta montaña, considerando los usos y tipos de suelo representativos. La información de humedad del suelo, infiltración, escorrentía y precipitación es utilizada en la calibración y validación de un modelo hidrológico completo "TOPLATS" para la simulación del comportamiento de la humedad del suelo. Los resultados encontrados demuestran que es posible la implementación de un modelo hidrológico mediante la utilización de información de humedad del suelo y ecuaciones de calibración para Filtro de Kalman Extendido (EKF).

1. INTRODUCCIÓN

La regulación de los recursos hídricos y sus efectos sobre el ecosistema, asociados a las dinámicas antrópicas, son una prioridad especialmente en ambientes húmedos y semi-húmedos. En sistemas con una variabilidad intra-anual de la precipitación, la dinámica del agua del suelo tiene un fuerte impacto en las actividades antrópicas (Rius et al., 2001; Ceballos et al., 2002; Gallart et al., 2005). En España, los sistemas hidrológicos han cambiado su dinámica durante el periodo 1921- 1999, asociado al predominio de las superficies forestales (Gallart y Llorens, 2001). Durante las últimas cinco décadas, los usos del suelo en las montañas del Pirineo han tenido un fuerte cambio en las dinámicas del uso del suelo de cultivos a pasturas y finalmente bosques. Estos cambios de uso del suelo son comunes en todas las áreas de alta montaña española (Lasanta, 1988; Ubalde et al., 1999). Es bien conocido que cambios en los usos del suelo tienen un fuerte impacto en la dinámica hidrológica de las cuencas (Ubalde et al., 1999; Gallart et al., 2005; Orozco et al., 2006). Uno de los puntos más importantes en el estudio de la dinámica hidrológica de una cuenca es la cantidad de agua almacenada en el suelo. Una determinación detallada de la variación espacial y temporal de la humedad del suelo es importante para el estudio, comprensión y manejo de procesos biofísicos. En la práctica, la asimilación de datos asociados a humedad del suelo ha encontrado varias limitantes asociadas a los altos costos de medir directamente en campo. La gran heterogeneidad natural y problemas de escala hacen difícil hacer una descripción realista de los procesos hidrológicos en un sistema. Una alternativa es la utilización de modelos para simulación de la humedad del suelo. Estos modelos pueden sintetizar la distribución espacial de condiciones meteorológicas (lluvias), usos del suelo e información topográfica para producir predicciones del comportamiento esperado de la humedad del suelo en largos periodos de tiempo.