Modelo HBV en excel

Introducción:

El modelo HBV fue desarrollado originalmente por Integrated Hidrological Modelling Sistem (IHMS) a principios de los años 70 para ayudar a las operaciones de energía hidroeléctrica. El enfoque del modelo HBV ha demostrado ser flexible y robusto en la solución de los problemas de los recursos hídricos y aplicaciones que abarcan una amplia gama hasta ahora. El modelo es la herramienta estándar de predicción en Suecia, donde alrededor de 75 cuencas, principalmente ríos pequeños y no regulados son calibrados por el servicio nacional de alerta. Adicionalmente se realiza una predicción para las empresas de energía hidroeléctrica en unas 80 cuencas. Por otra parte, aplicaciones científicas u operacionales del modelo HBV han sido reportadas alrededor de 50 países de todo el mundo.

Estructura del modelo:

El modelo HBV puede ser descrito de mejor forma como un modelo conceptual semi-distribuido. Con el paso de los años sean realizado pequeños cambios en la estructura del modelo base desde que fue creado. Los datos de entrada se han mantenido lo más sencillamente posible, normalmente sólo los valores medios diarios de precipitación se utilizan en este algoritmo. A pesar de su simplicidad, el rendimiento de la simulación es admirable, y el uso original para la predicción hidrológica se ha extendido a aplicaciones tales como llenar los vacíos en series de datos en el tiempo, así como la simulación de caudales en los ríos sin datos de aforo.

El algoritmo esta diseñado y adaptado a partir de la estructura básica del software IHMS/HBV creado por los suecos, este algoritmo se adapto a las condiciones climáticas de la región centro americana, motivo por el cual no se incluyó la temperatura dentro de los datos de entrada.

Rutina del suelo

La cuantificación de humedad del suelo es la parte principal de la rutina que controla la formación de escorrentía. Esta rutina es basada en los tres parámetros β, lp, y fc, como se observa en la figura.

β Controla la contribución de la función respuesta (DQ/DP) o el incremento de la humedad del suelo en el almacenamiento (1- DQ/DP) por cada milímetro de lluvia. La relación DQ/DP también es llamada coeficiente de escorrentía, y DQ es llamada precipitación efectiva. DQ/DP puede ser expresada como R/IN.

lp es el valor de la humedad del suelo sobre el cual la evapotranspiración alcanza su valor potencial, y fc es el valor máximo que alcanza la humedad del suelo en el almacenamiento (en mm) del modelo, también llamado capacidad de campo. El parámetro lp esta dado como una fracción de fc.

El efecto de la rutina del suelo en la contribución de la escorrentía por la lluvia es pequeña cuando el suelo está seco (valores bajos de humedad del suelo) y grande cuando el suelo esta húmedo. La evapotranspiración potencial disminuye a medida que el suelo se seca.

Valores medios de series largas son usadas para estimar la evaporación potencial en una determinada época del año. Por lo que asume que la variación interanual de la evapotranspiración real depende más de las condiciones de humedad del suelo que de la variación interanual de la evaporación potencial.

Rutina de respuesta

La rutina de generación de escorrentía es la función de respuesta que transforma el exceso de agua de la humedad del suelo en escorrentía. También incluye el efecto de la precipitación directa y evapotranspiración en una parte que representa los lagos, ríos y otras zonas húmedas. La función consta de un depósito superior no lineal y uno inferior lineal. Estos son los que influyen en que el escurrimiento sea rápido y lento dentro de los componentes del hidrograma.

El rendimiento de la humedad del suelo, por ejemplo, la precipitación efectiva, se añadirá al almacenamiento del depósito superior. Mientras haya agua en el depósito superior, el agua se percolara al depósito inferior según el parámetro de perc. La percolación no es suficiente para vaciar el depósito superior, y la descarga generada tendrá una contribución directa desde el depósito superior, que representa el drenaje a través de más canales superficiales. El depósito inferior, por el contrario, representa el almacenamiento de las aguas subterráneos de la cuenca que contribuyen al flujo base.

El caudal de salida del depósito superior se describe por una función que corresponde a un coeficiente de recesión en continuo aumento.

Q_o = K_o * UZ^{(1 + α)}

Donde:

Q_o = Caudal de salida del depósito superior

K_o = Coeficiente de recesión

UZ = Contenido del depósito superior

α = Coeficiente de no linealidad

El parámetro alfa es un coeficiente de no-linealidad, por lo general es de orden 1.

Una estimación del coeficiente de recesión se puede realizar con el hidrograma de los datos observados y utilizado como primera aproximación del valor k.

El caudal de salida del depósito inferior se describe por:

Q4 = K₄ * LZ

Donde:

Q4 = Caudal de salida del depósito inferior

K₄ = Coeficiente de recesión del depósito inferior

LZ = Contenido del depósito inferior

Función de transformación

La escorrentía generada a partir de la rutina de respuesta se convierte a través de una función de transformación, con el fin de obtener la forma correcta del hidrograma en la salida de la subcuenca. La función de transformación es una técnica de filtro simple, con una distribución triangular de los pesos.

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