Conceptos Básicos de los Modelos Hidrológicos

En los últimos años los modelos matemáticos han tenido un impresionante desarrollo en todas las áreas del conocimiento humano, científico y de los recursos naturales en general.

La importancia de los modelos radica, entre otros aspectos, en la simulación y predicción de los fenómenos físicos a corto, mediano y largo plazo. Asimismo a través de los modelos podemos obtener relaciones causa-efecto, sin haber realizado cambios en los sistemas reales. Las capacidades de simulación varían en términos de tiempo  y espacio – algunos modelos observan los pasos o escalas de tiempo, mientras que otros pueden usar medidas de corto tiempo y simular un período de tiempo relativamente corto – como en el caso de una inundación repentina.

 Un modelo hidrológico es pues una representación simplificada de un sistema real complejo llamado prototipo, bajo forma física o matemática. De manera matemática, el sistema real está representado por una expresión analítica.

 En un modelo hidrológico, el sistema físico real que generalmente representamos es la ‘cuenca hidrográfica‘ y cada uno de los componentes del ciclo hidrológico. De esta manera un modelo matemático nos ayudará a tomar decisiones en materia de hidrología, por lo que es necesario tener conocimiento de entradas (inputs) al sistema y salidas (outputs) a partir del sistema, para verificar si el modelo es representativo del prototipo. La salida de los modelos hidrológicos varía – dependiendo de las metas y objetivos del modelo. Algunos modelos se utilizan para predecir los totales mensuales de escorrentía, mientras que otros están diseñados para ver a las tormentas individuales. El resultado más común es el hidrograma o hidrograma de escurrimeinto.

 Algunos modelos pueden desarrollarse como modelos continuos – estos se utilizan para simular el flujo y otras funciones de la cuenca (por ejemplo, almacenamiento) durante largos períodos de tiempo. Otros modelos son los modelos más basados ​​en eventos y por lo general se utilizan para modelar los eventos individuales de tormenta. Estos modelos se utilizan con frecuencia para fines de diseño (por ejemplo, el diseño de una alcantarilla para pasar el evento de 100 años).

Además de hidrogramas de escorrentía, los modelos también puede mostrar información como el almacenamiento, la evapotranspiración, la humedad del suelo y otros elementos – Por supuesto, esto depende de los objetivos antes mencionados y los objetivos del modelo en sí mismo.

 Los modelos hidrológicos son entonces representaciones simplificadas de los sistemas hidrológicos reales, a partir del cual podemos estudiar la relación causa-efecto de una cuenca a través de los datos de entrada y salida, con los cuales se logra un mejor entendimiento de los procesos físicos hidrológicos que tienen lugar dentro de la cuenca. Además nos permite simular y predecir el comportamiento hidrológico de los procesos físicos en la cuenca. Generalmente los modelos hidrológicos se basan sobre los sistemas existentes y difieren en términos de su manejo y la magnitud de los componentes que integran el proceso hidrológico.

 En el  proceso de escurrimiento de la lluvia en sí, tenemos que empezar a pensar en la cuenca como un todo – una sola entidad. La precipitación (por lo general una serie de tiempo) pasa a ser un modelo. Una vez que la lluvia ha sido «aprobada» para el modelo, el modelo debe determinar ahora el destino de la precipitación – generalmente en intervalos de tiempo distintos. Así que para cada paso de tiempo, escuchamos palabras como la interceptación, almacenamiento en la superficie, la evapotranspiración, la escorrentía y, por nombrar sólo algunos. Todos estos son ejemplos de funciones comunes de las cuencas hidrográficas que se simulan en el modelo de la cuenca.

En un sentido general, dos de las funciones más comunes dentro de un intervalo de tiempo son:

 1) la determinación del exceso de precipitación y

 2) el movimiento del exceso de precipitación en la superficie de la tierra al cauce receptor o canal.

En el nivel más básico, se puede decir: «si una unidad de la precipitación cae en la cuenca, a continuación, una cierta cantidad se infiltra y una cierta cantidad se convertirá en segunda vuelta». Este es el destino de la precipitación. La mayoría de los modelos hidrológicos tienen una función para hacer justamente eso – determinar el destino. Algunos son relativamente simples, tales como el número de curva NRCS escorrentía, mientras que otros son más complejos, en los que un sistema de contabilidad se utiliza para realizar un seguimiento continuo de las propiedades de la cuenca. De todos modos, vamos a mantener este modelo básico en la mente y darse cuenta de que al final de cada paso de tiempo, una cierta profundidad de exceso de precipitación pueden estar disponibles para el escurrimiento.