La presente tesis doctoral tiene como objetivo investigar los efectos de la
variabilidad de los factores de fusión que utiliza el método grado-día, en la
modelación de la fusión de nieve y su repercusión en la modelación hidrológica en
cuencas de alta montaña. Lo anterior, con la finalidad de proporcionar una
alternativa parsimoniosa a la simulación de la fusión de nieve en la modelación
hidrológica de este tipo de cuencas, cuya problemática principal es no contar con
la información suficiente para aplicar otros modelos de fusión conceptualmente
más completos, como los de balance de energía. Para llevar a cabo lo anterior, en
esta tesis se han planteado tres conceptualizaciones matemáticas de modelos
híbridos de fusión de nieve que se basan en el método clásico grado-día, pero que a
diferencia de éste, consideran la variabilidad de los factores de fusión. Estas
conceptualizaciones se han implementado en el modelo hidrológico distribuido
conceptual con parámetros físicamente basados TETIS, para la modelación de los
procesos del ciclo hidrológico. La variabilidad de los factores de fusión se
introduce en los modelos híbridos a escala de celda mediante mapas de índices de
radiación, los cuales son construidos tomando en cuenta la radiación global de
onda corta con cielo despejado, las características morfológicas de la cuenca, la
sombra de relieve y la época del año. Asimismo, se utilizan los mapas de factores
de fusión determinados a partir de los aportes de energía para la fusión de nieve en
función de la ocupación del suelo, obtenidos a partir de trabajos previos
encontrados en la literatura científica. Por otro lado, se ha implementado la
calibración automática de los parámetros usados por las conceptualizaciones
matemáticas propuestas, utilizando el algoritmo de optimización Shuffled Complex
Evolution (SCE-UA) desarrollado por la Universidad de Arizona, EE.UU. En la evaluación de los modelos híbridos de fusión implementados, se ha
propuesto utilizar tres casos de estudio que son, las subcuencas de los ríos Carson
y American de Sierra Nevada, EE. UU., y la cuenca pirenaica-mediterránea de
Contraix ubicada en el interior del Parque Nacional de Aigüestortes en los
pirineos catalanes España. Estas son cuencas geográficamente cerradas y
presentan un régimen hidrológico completamente diferente, debido a su ubicación
y a su elevación media. La evaluación ha consistido en analizar tanto los
resultados obtenidos con variabilidad de los factores de fusión, a través de los
modelos híbridos propuestos, como los obtenidos empleando factores de fusión
homogéneos con la conceptualización clásica del método grado-día. En el caso de
la modelación de caudales en los puntos de control ubicados en la desembocadura
y en el interior de las subcuencas de Sierra Nevada, se ha observado que el efecto
que introduce la variabilidad es mínimo. Así como también lo han demostrado las
altas eficiencias conseguidas con todos los modelos analizados. Sin embargo, estas
eficiencias conseguidas en la modelación de los caudales, no implica la correcta
modelación de la nieve, específicamente de los procesos de acumulación y fusión
por parte de los modelos implementados. En vista de lo anterior, se ha evaluado el
efecto de la variabilidad de los factores de fusión en la modelación de la nieve, a
través de la validación puntual y espacial de los resultados obtenidos en la
modelación de las subcuencas de Sierra Nevada. Para esto, se utiliza información
de las estaciones meteorológicas SNOTEL, de pértigas y de imágenes de satélite.
En este caso, los modelos analizados mostraron un comportamiento totalmente
diferente en la modelación de la nieve. Asimismo, se observa que el modelo híbrido
que introduce la variabilidad, usando los mapas de índices de radiación, es el que
mejores resultados proporciona en las validaciones realizadas.
La evaluación de los modelos implementados también se ha realizado comparando
los resultados analizados anteriormente con los obtenidos para estas mismas
subcuencas por otros modelos hidrológicos que han participado en el Distributed
Hydrologic Model Intercomparison Project-Phase 2 (DMIP2). Algunos de estos
modelos emplean el balance de energía en la modelación de la nieve. En general,
los resultados de esta comparación mostraron eficiencias de los modelos
propuestos en esta tesis, muy similares a las conseguidas por los modelos del
DMIP2 e incluso, en el caso de la modelación de la nieve, se superan las eficiencias
de algunos de los modelos del DMIP2.
En la última parte de esta tesis se evalúan dos de los modelos implementados
utilizando la cuenca de Contraix, con una escala espacial de mayor precisión y una escala temporal de media hora. Estos modelos se han seleccionado en función de
los resultados obtenidos en las subcuencas de Sierra Nevada y se han evaluado
siguiendo el mismo procedimiento anterior. Lo anterior, con la finalidad de
detectar inconsistencias en las conceptualizaciones analizadas producto del cambio
de escala y validar los resultados conseguidos en las subcuencas de Sierra Nevada.
Los resultados mostraron un comportamiento muy parecido con eficiencias en la
modelación de los caudales nuevamente muy similares entre los modelos y con
resultados en la modelación de la nieve influenciados por la variabilidad de los
factores de fusión. Al igual que para las subcuencas anteriores, los mejores
resultados en la cuenca de Contraix se han obtenido con el modelo híbrido que
utiliza los mapas de índices de radiación.
Finalmente, en esta tesis se demuestra que los resultados en la modelación de los
procesos de acumulación y fusión de la nieve en cuencas de alta montaña, pueden
mejorarse de manera significativa cuando se utiliza una conceptualización
parsimoniosa que considere la variabilidad de los factores de fusión. Asimismo, la
influencia de la variabilidad en la modelación de los caudales en la desembocadura
de una cuenca, no aporta mayores ventajas que la conceptualización clásica del
modelo grado-día. Es por todo ello, que en la selección del modelo a utilizar en
estas zonas dependerá de la información disponible, así como el objetivo del
modelo y de los resultados que se desee conseguir. / Orozco Medina, I. (2014). Modelación parsimoniosa y espacialmente distribuida de los procesos de acumulación y fusión de la nieve [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36035 / TESIS
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/36035 |
| Date | 28 February 2014 |
| Creators | Orozco Medina, Ismael |
| Contributors | Francés García, Félix Ramón, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente - Departament d'Enginyeria Hidràulica i Medi Ambient |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Source | Riunet |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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