Modelaje de SWAT
Objectivo de investigacion
El objetivo principal de esta investigación es desarrollar herramientas para proporcionar información hidrológica, para apoyar la gestión y la toma de decisiones de recursos hídricos en el Departamento de Arequipa.
¿Por qué modelaje hidrológico?
Se necesita información hidrológica para cuantificar la disponibilidad de agua, la respuesta hidrológica a diferentes factores estresantes y asignar el uso del agua dentro de los diferentes sectores de la región. Dos cuencas interconectadas, la de Quilca-Vitor-Chili y de Camaná, proporcionan agua dulce para uso agrícola, industrial y consumo humano en la región. La Autoridad Autónoma de Majes (AUTODEMA) proporciona un buen sistema de monitoreo de puntos regulados que se ven afectados por represas y desvíos de agua (Figura 1), pero muchos de ellos no tienen un registro histórico largo, por lo que no capturan el rango de variabilidad climática en la región. El modelaje hidrológico puede ayudar a evaluar la disponibilidad de agua, incluido cuándo, dónde y cuánta agua hay disponible.
Utilizamos la herramienta de evaluación de suelo y agua (SWAT), que es un modelo hidrológico de uso común en todo el mundo. Es un modelo semidistribuido de base física que utiliza datos fisiográficos (p. Ej., elevación, cobertura del suelo, suelo) y clima (p. Ej. precipitación, temperatura) para evaluar los impactos hidrológicos del uso del suelo, la gestión de la tierra, la regulación del agua y el cambio climático en la escala de la cuenca. Los modelos desarrollados de SWAT se pueden utilizar para evaluar el impacto hidrológico de diversas normas y gestión del agua en la región, y predecir la disponibilidad de agua en el futuro.
Figura 1. Cuencas interconectadas de Quilca-Vitor-Chili y Camaná [Ocho embalses están resaltados con recuadros rectangulares]
Figura 2. Mapas de elevación, cobertura del suelo y suelo del departamento de Arequipa que se utilizaron para el desarrollo del modelo de SWAT
Logros
Bases de datos regionales de suelo y cobertura de suelo para SWAT
SWAT requiere muchas propiedades de cobertura del suelo y del suelo que no estaban disponibles para el departamento de Arequipa, por lo que desarrollamos metodologías para estimar las propiedades requeridas en función de los datos disponibles limitados.
Para el suelo, se utilizaron mapas de taxonomía e idoneidad del suelo que están disponibles a través del Ministerio del Ambiente de Perú (MINAM) para crear clases de suelo. Los datos limitados del perfil del suelo se vincularon a las clases de suelo en función de su información de taxonomía e idoneidad. Algunas propiedades se obtuvieron directamente de las propiedades medidas, mientras que las propiedades restantes se estimaron basado en los datos disponibles. La Figura 3 muestra el proceso de obtener las propiedades del suelo que se documentan en las Propiedades físicas estimadas del suelo para el modelaje hidrológico en Arequipa, Perú.
Figura 3. Los pasos para calcular las propeidades físicas de suelo
Para la cobertura de suelo, el MINAM ofrece un mapa regional de clases locales, pero no se informan propiedades físicas para estas coberturas de suelo locales. Se desarrolló una metodología para estimar las propiedades requeridas para las coberturas de suelo peruanas en dos pasos. Primero, la cobertura de suelo más equivalente se encontró en la base de datos de SWAT, y sus propiedades se asignaron a nuevas coberturas de suelo locales. Luego, los parámetros relacionados con el ciclo estacional (incluidos el índice máximo y mínimo del área de la hoja (LAI) y la temperatura óptima para el crecimiento de las plantas) se ajustaron para la vegetación local. Los métodos y resultados están documentados en Propiedades estimadas de la cobertura del suelo para el modelaje hidrológico en Arequipa, Perú. La Figura 4 muestra el proceso para obtener dos parámetros de LAI para la clase de cobertura del suelo "Pajonal" como ejemplo.
Figura 4. El proceso para obtener dos parámetros de LAI basados en un serie de tiempo del Índice de área de hoja (LAI) de detección remota para Pajonal
Evaluación de la cuenca del embalse de El Frayle
Desarrollamos un modelo de SWAT para el tributario que fluye a la cuenca El Frayle (Figura 5). Los resultados mostraron que las bases de datos proporcionan una predicción satisfactoria de caudal. El análisis promedio anual del balance hídrico mostró que El Frayle es una cuenca hidrográfica impulsada por el flujo base y que solo el 8% del flujo de la corriente se generó a partir de la escorrentía superficial. El caudal se genera principalmente de diciembre a abril con picos en febrero, mientras que permanece por debajo de 0,5 mm/mes durante el resto del año. Este estudio proporcionó una visión sobre la hidrología natural de la región y una referencia para futuros estudios, y el estudio fue presentado al Journal of Hydrologic Engineering.
Figura 5. Cabecera de la cuenca del Río Chili que drena a la cuenca de El Frayle
Figura 6. Balance hídrico anual promedio de la cuenca El Frayle
Análisis hidrológico de las torrenteras
Se desarrolló un modelo SWAT para predecir el caudal sub-diario en seis torrenteras que transportan un gran volumen de agua en tiempos cortos (~ 1-2 horas) durante las lluvias estacionales intensas. El flujo de corriente simulado se utilizó para el análisis hidráulico y la evaluación de los riesgos de inundaciones repentinas.
Figura 7. Seis torrenteras y sus areas de drenaje
Proyectos en curso
- Desarrollo de modelos regionales integrales para dos cuencas fluviales interconectadas de Quilca-Vitor-Chili y Camaná.
- Evaluar los impactos de la gestión de la tierra y el cambio climático en la hidrología de la región.
- Compartir modelos desarrollados en HidroAQP, una plataforma interactiva para visualizar y comparar varios resultados de simulación de SWAT.