The aim of this diploma thesis was to evaluate a precision of spatial position of chosen services from Czepos and TopNET providers. The chosen services were virtual reference station generated by MAC concept from Czepos provider and virtual reference station NVR3 from TopNET provider. Testing measurement was measured by RTK method with GNSS instrument from Leica System 1200. There were measured long-standing observations which lasts 24 hours and short observations which lasts five and twenty seconds. The short observations were measured at five points in area of Brno. Result of the thesis is comparisons of precisions in position and height.

El agua en la actualidad es un recurso calificable como escaso, lo que motiva el desarrollo de áreas de estudio destinadas a modelar el comportamiento de diferentes cuencas, con el fin de cuantificar la disponibilidad actual y futura de los recursos hídricos. Siguiendo la línea anteriormente expuesta, este trabajo consistió en modelar a escala diaria la cuenca del río Juncal, el cual es uno de los principales afluentes al río Aconcagua. La motivación nace por la importancia que tiene el agua para todas las actividades productivas que se desarrollan en esta cuenca, y además por la naturaleza nival y de alta montaña que tiene la cuenca del río Juncal. El modelo elegido para este trabajo es el modelo Topnet, de base física e hidrológicamente distribuido, el cual usa como elemento básico de modelación un conjunto de subcuencas generadas. La naturaleza distribuida de Topnet permite analizar con más detalle los procesos hidrológicos que se llevan a cabo en la cuenca, pero a su vez requiere gran cantidad de información y una distribución espacial de ésta, lo que no siempre está disponible y que se traduce en efectuar suposiciones para poder llevar adelante el trabajo. La información de entrada necesaria para Topnet se divide en información topográfica, climatológica y forzantes meteorológicas. La recopilación de todos estos antecedentes lleva a la creación de archivos en formato NetCDF, que contienen toda la información de forzantes externas y guardan una red fluvial digital que resume la interacción entre las subcuencas del modelo. Se utilizaron archivos DEM de 30m x 30m de resolución como información topográfica, base de datos de CIREN y de CONAF para el tipo cobertura de suelos, y la información correspondiente a las estaciones meteorológicas más cercanas a la cuenca para las forzantes externas. Con la red fluvial creada y el procesamiento de la información disponible, se procedió al proceso de calibración y validación del modelo. Topnet funciona a base de multiplicadores que afectan por igual a los parámetros establecidos en cada subcuenca, por lo que se mantiene la distribución espacial en caso de existir. La calibración es precedida por un análisis de sensibilidad de los parámetros que determina la influencia de cada uno. El proceso en sí es complementado con el uso de imágenes MODIS para ajustar de manera correcta el manto nival. El proceso de calibración ocupó funciones objetivo estadísticas como el coeficiente de Nash-Suttcliffe (NS) y el error cuadrático medio (ECM) para ajustar la serie de caudales modelados a la salida de la cuenca. Paralelamente se analizó el comportamiento del manto nival y se estudió la evolución de la humedad del suelo. Luego de la calibración, se ejecuta la etapa de validación del modelo usando los ajustes paramétricos obtenidos en la etapa previa. Finalmente se analizan diversos escenarios que consideran el fenómeno del cambio climático con variaciones de precipitación y temperatura. Los resultados de la calibración son satisfactorios, alcanzado valores de NS de 0.7 y ECM de 8.88 [m3/s]2, logrando finalmente conjugar valores aceptables de las funciones objetivo junto con un adecuado comportamiento del manto nival. No se logró lo mismo con la validación, donde diversos factores inciden en la obtención de estadísticos más pobres. Las conclusiones finales apuntan a que Topnet es un modelo potencialmente capaz de simular adecuadamente los procesos de acumulación y derretimiento de nieve. Sin embargo hay aspectos que deben ser analizadas en orden para mejorar los resultados. Esto incluye una mejor estimación o toma de datos de forzantes meteorológicas, cuya leve variación incide de gran forma en los resultados, hasta la inclusión de nuevos módulos de cálculo que incluyan procesos que actualmente no están considerados, como por ejemplo la dinámica de los glaciares que se encuentran en la cuenca.

Deeper understanding of relationships between flow in river sand various hydrologic elements such as rainfall, land use, and soil type is imperative to solve water related problems like droughts and floods. Advanced computer models are becoming essential in helping us understand such relationships. However, preparing such models requires huge investment of time and resources, much of which are concentrated on acquisition and curation of data. This work introduces agree and open source web Application (web App) that provides researchers with simplified access to hydrological data and modeling functionality. The web App helps in the creation of both hydrologic models, and climatic and geographic data. Free and open source platforms such as Tethys and Hydro Share were used in the development of the web Apia physics based model called TOPographic Kinematic APproximation and Integration (TOPKAPI) was used as the driving use case for which a complete hydrologic modeling service was developed to demonstrate the approach. The final product is a complete modeling system accessible through the web to create hydrologic data and run a hydrologic model for a watershed of interest. An additional model, TOPNET, was incorporated to demonstrate the generality of the approach and capability for adding other models into the framework.

Ingeniero Civil / Uno de los temas de interés en hidrología es el pronóstico y la simulación de caudales con diversos fines. Para ello se utilizan modelos hidrológicos, que han ido aumentando en complejidad con el paso de los años, de manera de hacerlos más representativos a condiciones reales. En este contexto, en la zona del Río Cautín se ha implementado el modelo hidrológico TopNet, para modelar los caudales de las cuencas Río Cautín en Cajón, Río Cautín en Rariruca, Río Blanco en Curacautín, Río Muco en puente Muco y Río Collín en Codahue, considerando como constantes espaciales los parámetros principales de este modelo. En base a lo expuesto, el presente trabajo de título tiene como finalidad la realización de un análisis de las parametrizaciones espaciales en la calibración del modelo hidrológico TopNet, en su aplicación a la cuenca del Río Cautín, IX Región de Chile. El objetivo general es analizar cómo afecta la incertidumbre asociada a los parámetros característicos del modelo TopNet y su efecto en la simulación de caudales en la cuenca del Río Cautín. Por ello se realizó una revisión tanto de los antecedentes y datos del sector, cómo un análisis de la bibliografía relativa al uso del modelo TopNet, de manera de comprender como afecta cada parámetro en los resultados. Las calibraciones se llevaron a cabo usando quince configuraciones de variación espacial, siendo estas las combinaciones de cuatro parámetros característicos asociados a: la (i) velocidad de escorrentía superficial (V), (ii) coeficiente de rugosidad de Mannig (n), (iii) conductividad hidráulica saturada (K0) y (iv) parámetro f de TOPMODEL (f), considerando cada uno distribuido y no distribuido, de forma de observar el comportamiento de éstos bajo distintas situaciones. Los resultados comparativos fueron obtenidos con distintas configuraciones, analizados y comparados utilizando el coeficiente de Nash-Sutcliffe. Dicho análisis muestra que existen variaciones entre los diferentes escenarios, aunque éstos no son de gran magnitud. Se aprecia que al no distribuir los parámetros K0 es el más sensible, presentando un leve aumento en el indicador. Por otro lado se obtuvo que el hecho de distribuir o no n, no influye en los resultados. Mientras que al modificar f y V se puede ver deficiencias. En cuanto a los resultados obtenidos en cada cuenca, se puede concluir que no todas siguen el mismo comportamiento, en especial las estaciones Río Cautín en Rariruca y Río Blanco en Curacautín. Esto deja en notoria evidencia que los ponderadores tomados para la cuenca de la estación Río Cautín en Cajón, la cual contiene diversos tipos de topografía y propiedades de suelo, no coinciden con los ponderadores que necesitan estas estaciones, a su vez bajo una recalibración de la estación Río Blanco en Curacautín, se aprecia que se está considera un nivel de almacenamiento en el follaje bajo, el cual corresponde a ajustar el nivel de precipitación alto que se consideró en esa zona.

The management of New Zealand’s freshwater resources has come under increasing pressure from different industrial and environmental stakeholders. Land use change and the pressure it can put on water resources has been a significant issue regarding resource management in New Zealand. A significant mechanism driving land use change has been the growth of forestry, dairy farming, and other agricultural industries. Improvements in agricultural and forestry science and irrigation techniques have allowed new, previously less arable areas of New Zealand to be subject to land use change, such as the conversion of tussock grassland to pasture in steep, mountainous regions in the South Island. Studies regarding the effects of land use change in such catchments, especially with focus on flood hydrology, appear to be limited, despite the importance of managing catchment headwaters to minimise flood risk downstream. The TopNet model was used in this research project to evaluate the potential effects of land use change on flood hydrology in mountain catchments. It is a semi-distributed continuous rainfall-runoff model developed by the National Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA). It has been widely used in New Zealand, and applications have included modelling water yield and the effect of climate change in catchment networks. However, it was not developed specifically for predicting flood flows. Hence, testing the model for flood peak prediction in mountainous catchments was also performed, and may show that TopNet can be a useful tool in resource management in New Zealand. The Ahuriri and Pelorus River catchments were used in this investigation. Both are steep catchments located in the South Island. The Ahuriri River catchment, in the Waitaki Basin on the eastern side of the Southern Alps, is a semi-arid catchment dominated by tussock grassland. The surrounding catchments are heavily influenced by infrastructure for hydroelectric power (HEP) generation and more recently irrigation for dairy farming. The Pelorus River catchment is located at the northern end of the South Island. It is primarily covered in native forest, but adjacent catchments are subject to agricultural and forestry development. The ability of the TopNet model for each catchment to predict flood flows were tested using a selection of historical flood events. Rainfall input to the model was at a daily timestep from the virtual climate station network (VCSN), and the method of disaggregating the daily estimate into an hourly rainfall series to be used by the model was found to have a significant influence on flood prediction. Where an accurate historical rainfall record was provided from a rainfall gauge station within the catchments, the disaggregation of the daily rainfall estimate based on the station data produced a significantly more accurate flood prediction when compared to predictions made using a stochastic disaggregation of the daily rainfall estimate. The TopNet models were modified to reflect land use change scenarios: the conversion of tussock grassland to pasture and the afforestation of tussock in the Ahuriri River catchment, and the conversion of forested land to pasture and the harvest of plantation forestry in the Pelorus River catchment. Following a past study into modelling the effects of land use change using TopNet, three key model parameters were modified to reflect each land use scenario: saturated hydraulic conductivity KS, canopy storage capacity, and the canopy enhancement factor. Past studies suggested a wide range of suitable values for KS, although also acknowledged that KS depends heavily on the specific catchment characteristics. A sensitivity analysis showed that KS had a significant influence on flood peak prediction in TopNet. It is recommended that further investigation be conducted into suitable values for KS. TopNet appeared to predict the effect of land use change on flood magnitude in mountainous catchments conservatively. Past studies of land use change suggested that the effect on flood flows should be significant, whereas TopNet generally predicted small changes in flood peaks for the scenarios in each catchment. However, this may suggest that the topography, geology, and soil properties of steep catchments are more important to flood hydrology than land cover. Further investigation into the effect of such catchment characteristics is recommended. Nevertheless, TopNet was shown to have the potential to be a useful tool for evaluating and managing the effects of land use change on the flood hydrology of mountainous catchments in New Zealand.

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