Análisis comparativo de modelos hidrológicos para la evaluación de recursos hídricos en la cuenca del lago de Cuitzeo

Abstract

The use of mathematical modeling for the simulation of the rain-runoff process has become an indispensable tool for the analysis of water resources systems. The present investigation includes an analysis of hydrological models with greater acceptance in the global scope, of which (i) the Témez model, (ii) the Hydrologiska Bryans Vattenbalansavdelning model (HBV), (iii) the Sacramento model, ( iv) the Génie Rural à 4 paramètres Journalier model (GR4J), (v) the Water balance equation of the tool for the evaluation of soil and water in a river basin (SWAT), (vi) the simple coefficient method and (vii) the soil moisture method were selected because they were treated of distributed or semi-distributed models, based on hydrometeorological data, of continuous simulation and have the particularity of being able to be coupled in an integral model of water resources management. The study area will be the Cointzio Sub-basin, which is part of the Lake Cuitzeo Basin, because it is a headwater basin (Natural Regime) that has been widely studied due to the great importance it has for the state of Michoacán, for which sufficient hydrometeorological information is available and due to the environmental deterioration that it presents. Once the results of the simulations were obtained, a comparative analysis of the statistical indexes (nash-sutcliffe coefficient, modified nash-sutcliffe, Pearson correlation coefficient, volumetric efficiency and percentage bias) obtained from each simulation was performed quantitative, in addition to including the qualitative analysis; where aspects such as the structure of the model, the volatility of the parameters and the calibration process were incorporated. With this, a clear distinction was made between the models analyzed, thus proposing a methodology for comparing hydrological models.

El uso de la modelación matemática para la simulación del proceso lluvia-escurrimiento se ha vuelto una herramienta indispensable para el análisis de sistemas de recursos hídricos. La presente investigación incluye un análisis de los modelos hidrológicos con mayor aceptación en el ámbito global, de los cuales (i) Témez, (ii) Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (HBV), (iii) Sacramento, (iv) Génie Rural à 4 paramètres Journalier (GR4J), (v) Ecuación del equilibrio del agua de la Herramienta para la evaluación del Suelo y el agua de una cuenca hidrográfica, (vi) Método del Coeficiente Simple y (vii) Método de Humedad del Suelo fueron seleccionados por tratarse de modelos distribuidos o semi-distribuidos, basado en datos hidrometeorológicos, de simulación continua y tienen la particularidad de poder ser acoplados en un modelo integral de gestión de recursos hídricos. La zona de estudio será la Subcuenca de Cointzio, la cual forma parte de la Cuenca del lago de Cuitzeo, debido a que es una cuenca de cabecera (Régimen Natural) que ha sido ampliamente estudiada debido a la gran importancia que tiene para el estado de Michoacán, por lo que se cuenta con información hidrometeorológica suficiente y, por el franco deterioro ambiental que presenta. Una vez obtenidos los resultados de las simulaciones, se realizó el análisis comparativo de los índices estadísticos (coeficiente de nash-sutcliffe, nash-sutcliffe modificado, coeficiente de correlación de Pearson, la eficiencia volumétrica y el sesgo porcentual) obtenidos de cada simulación de forma cuantitativa, además de incluir el análisis cualitativo; donde se incorporaron aspectos como la estructura del modelo, la volatilidad de los parámetros y el proceso de calibración. Con ello se logró una clara distinción entre los modelos analizados proponiendo así una metodología para comparación de modelos hidrológicos.