Work Package 4 (HydroSim): simulación de recursos hídricos

Este WP consta de dos actividades principales: recopilación y procesamiento de datos y modelado hidrológico. En la primera actividad del WP4, se recopilarán datos hidrometeorológicos y otros datos auxiliares obtenidos mediante sensores remotos, basados ​​en medidores, in situ y basados ​​en modelos para todas las cuencas piloto durante los últimos 30 años. En la segunda actividad, estos datos se utilizarán para implementar los modelos Liuxihe (Chen et al., 2011) y SWAT + (Bieger et al., 2017) para simular procesos hidrológicos a escala de cuenca.

Después de la recopilación y el procesamiento de datos, WP4 desarrollará un marco integral de modelado hidrológico de cuencas con el fin de simular de manera confiable los principales procesos hidrológicos en las cuencas seleccionadas, incluida la precipitación, el deshielo, la evapotranspiración, la infiltración y la escorrentía superficial en etapas horarias y diarias. Se utilizará una combinación novedosa de dos modelos hidrológicos (Liuxihe y SWAT +) para estimar las incertidumbres en las proyecciones de caudal provenientes de la estructura del modelo.

El modelo Liuxihe (Chen et al., 2011) es un modelo hidrológico de base física y completamente distribuido desarrollado por el equipo chino principalmente para el pronóstico de inundaciones. Para representar adecuadamente las condiciones de captación en el territorio chileno, se desarrollarán dos nuevos componentes para el modelo Liuxihe. En primer lugar, un componente de deshielo para simular el proceso de acumulación y deshielo de nieve en cuencas con régimen hidrológico nival o pluvio-nival (cuencas andinas chilenas y cuenca china). En segundo lugar, se desarrollará un componente de ET más detallado para representar mejor la ET real y la infiltración de agua en el suelo (requerida para captaciones agrícolas y forestales). La estructura del modelo actualizado de Liuxihe se evaluará comparando su caudal simulado, la ET real y la capa de nieve (cuando corresponda) con los simulados con SWAT + y con los datos observados.

El modelo hidrológico SWAT+ (Bieger et al., 2017) es una versión recientemente reestructurada de la conocida Herramienta de evaluación del suelo y el agua (SWAT, Arnold et al., 1998; 2012), que se ha desarrollado para hacer frente a las retos futuros en recursos hídricos. Entre los cambios más importantes, los relacionados con una mayor flexibilidad en la definición de acuíferos, embalses y canales serían particularmente importantes para este proyecto. En SWAT + el usuario puede definir cualquier número de acuíferos, y hay una nueva opción disponible para usar MODFLOW para simular procesos de agua subterránea. Ya no es necesario colocar depósitos en el canal principal y pueden interactuar con cualquier otro objeto espacial (Bieger et al., 2017). El equipo chileno tiene una sólida experiencia en el uso del modelo SWAT, y este proyecto brindará la oportunidad de implementar esta nueva versión del modelo en las cuencas de captación tanto de Chile como de China.

Se llevará a cabo un análisis de sensibilidad de los dos modelos hidrológicos para identificar los parámetros del modelo más sensibles, que luego serán calibrados utilizando un algoritmo PSO multiobjetivo especialmente desarrollado dentro de este proyecto. Luego, los cambios en los recursos hídricos en las cuencas piloto seleccionadas, en particular los cambios en la frecuencia de inundaciones y sequías, se simularán tanto en los últimos 30 años como para el siglo XXI. Las metodologías para ejecutar estas tareas se describen a continuación.

Se acordará este nuevo marco de simulación hidrológica integral propuesto para llevar a cabo el análisis de sensibilidad, calibración y verificación de los modelos Liuxihe y SWAT + en todas las cuencas piloto seleccionadas. El modelo actualizado de Liuxihe se implementará en la supercomputadora Tianhe No. 2 del equipo chino. Este sistema se utilizará para realizar la simulación de procesos hidrológicos para todas las cuencas de Chile y China. Por otro lado, se implementará el modelo hidrológico SWAT + en el clúster (proyecto PII180008) actualmente disponible en la Universidad de La Frontera, y se utilizará para realizar la simulación de procesos hidrológicos en todas las cuencas piloto de Chile y China.