Rutas hidrológicas : recordando a un colega por los senderos de la hidrología

R ECORDANDO A UN COLEGA POR LOS SENDEROS DE LA HIDROLOGÍA R UTAS H IDROLÓGICAS 36 modelo para simular el balance hídrico anual a la escala de cuenca (i.e., ∆S = P – ETR – Q ≈ 0). I MPLEMENTACIÓN DEL MODELO GR 4 J Y MÓDULO CEMANEIGE EN CUENCAS DE CHILE CONTINENTAL Para el desarrollo del estudio, se utiliza el modelo hidrológico GR4J acoplado al módulo nieve CemaNeige, estructura que adelante llamaremos GR4JCN (i.e., GR4J + CN; Figura 5). Por un lado, el modelo GR4J (Perrin et al., 2003) pertenece a la familia de modelos precipitación-escorrentía GR (Coron et al., 2017), desarrollados por el INRAE (Francia) e implementados en el programa de código libre R (https://www.r-project.org/) en el paquete airGR (Coron et al., 2020, 2017). Es un modelo conceptual, concentrado, tipo estanque, con cuatro parámetros y resolución diaria, que requiere como entradas las series de precipitación (P), evapotranspiración potencial (ETP) y temperatura media (T) a igual paso temporal. Las variables de entrada del modelo pueden reducirse a P y T considerando que, a partir del enfoque propuesto por Oudin et al. (2005), el paquete airGR cuenta con la opción de estimar la ETP, utilizando T, el día juliano y latitud de la zona de estudio. Por otro lado, el módulo de nieves CemaNeige (Valéry et al., 2014a, 2014b), también implementado en airGR, permite caracterizar a partir de dos parámetros los procesos de acumulación y derretimiento del manto nival mediante un enfoque de factor grado-día ( degree-day factor; DeWalle y Rango, 2008). Al igual que los modelos GR, CemaNeige (CN) requiere de la precipitación y la temperatura promedio a escala de cuenca, además de la curva hipsométrica para distribuir en hasta 10 bandas de elevación, de igual área, la cuenca de estudio. En el caso de utilizar bandas de elevación, la extrapolación de la precipitación y temperatura se realiza mediante gradientes orográficos de manera interna en el modelo, siguiendo el enfoque propuesto por Válery et al. (2010), mientras que la partición de precipitación sólida/líquida se estima en función de la temperatura y elevación media de la banda según el enfoque propuesto por L’hote et al. (2005). Así, el modelo acoplado GR4JCN, posee seis parámetros (Tabla 1). La conceptualización de estanques que presenta el modelo permite replicar la dinámica de algunos procesos hidrológicos asociados a intercambios de agua (i.e., balance), facilitando la comprensión de procesos dominantes a escala de cuenca de manera rápida y sencilla, razón por la cual han sido utilizados en diversos estudios (e.g., Givati et al., 2019; Harrigan et al., 2018). Tabla 1. Descripción y rango de calibración de parámetros del modelo GR4J y módulo de nieve CemaNeige. Parámetro Descripción Unidades Rango de Calibración Modelo hidrológico GR4J X1 Capacidad máxima de estanque de almacenamiento mm 0 – 3000 X2 Coeficiente de intercambio de aguas desde el estanque de tránsito mm/d -25 – 25 X3 Capacidad máxima de estanque de tránsito mm 1 - 1000 X4 Tiempo base del hidrograma unitario de ruteo días 0,5 – 20 Módulo de nieve CemaNeige CN1 Coeficiente de ponderación para el cálculo del estado térmico del manto nival - 0 – 1 CN2 Coeficiente de derretimiento grado-día mm/°C/día 0 – 10 Figura 5. Esquema del modelo conceptual acoplado GR4J y CemaNeige (GR4JCN). GR4J ETP X 1 X 3 F(X 2 ) X 4 Intercepción Estanque de ruteo Estanque de almacenamiento S R 2∙X 4 Q F(X 2 ) T P Partición precipitación Líquida/sólida G f (T, H m ) P S M=f(CN 1 ) Curva hipsométrica eT G =f(CN 2 ) Manto nival P L M Lluvia (Precipitación Líquida) Derretimiento de Nieve CemaNeige Nieve (Precipitación Sólida) 0,9 0,1