Estudio de la disponibilidad de información: relleno y completado de series

El apartado de disponibilidad de información en el inventario de recursos hídricos debe identificar y describir las fuentes de datos existentes, incluyendo las series históricas de las variables de la fase atmosférica y de la fase terrestre. Como elementos de partida se ha de disponer de dos conjuntos de datos homogéneos:

1. Conjunto con los componentes primarios del ciclo, básica y necesariamente precipitación y temperatura.
2. Conjunto con resultados para el contraste de los datos modelados en forma de hidrogramas de caudal y piezometría.

Las estaciones utilizadas en el estudio deberán quedar perfectamente identificadas y localizadas espacialmente (longitud, latitud y altitud), indicando la ventana o ventanas temporales con datos y el tipo de datos disponible.

En cuanto a los componentes primarios del ciclo hidrológico:

Se debe incluir la descripción de los datos disponibles de las diferentes variables de la fase atmosférica que sean necesarios. Entre los elementos que deben describirse se encuentran:

• Precipitación: Datos de precipitación acumulada (mensual, diaria o de menor paso temporal) obtenidos de estaciones meteorológicas o productos climáticos interpolados. Se debe indicar el número de estaciones disponibles, la duración de las series y la calidad de los datos (homogeneidad, continuidad, correcciones aplicadas).
• Temperatura: Registros de temperatura media, máxima y mínima. Su análisis permite estimar procesos como la evapotranspiración potencial o el deshielo en cuencas de alta montaña. Se deben especificar las fuentes de datos, resolución temporal y posibles métodos de interpolación.

Otros datos climatológicos relevantes pueden limitarse a zonas de interés, entre estos se pueden considerar:

• La evaporación en lámina libre en tanques o evaporímetros será de interés donde este factor intervenga en los cálculos. Por ejemplo, en lagos o embalses con amplio espejo, sobre los que la evaporación pueda suponer una salida significativa de recursos.
• El régimen de vientos o de la radiación solar, de interés para un cálculo de la ETP que vaya más allá de los métodos más básicos o para evaluar la fusión y acumulación de nieve y hielo, condicionando la posible utilización de modelos de cálculo más o menos sofisticados.

Por otro lado, también habría que recoger y describir los datos de caudales observados en estaciones de aforo e indicar si corresponden, o no, a cursos de agua en régimen natural los, es decir, aquellos registros no alterados significativamente por regulaciones, derivaciones o usos consuntivos. Se debe detallar:

• La localización de las estaciones.
• El periodo de registro disponible.
• La resolución temporal de los datos (mensual, diaria o menor paso temporal).
• La calidad y continuidad de las series.

Además, debe evaluarse la representatividad de los aforos respecto a las condiciones hidrológicas naturales de la cuenca, identificando posibles limitaciones o la necesidad de ajustes para su uso en el cálculo de las aportaciones.

Adicionalmente, deberán recogerse y analizarse los datos piezométricos disponibles desde el punto de vista espacial y temporal.

Completado y relleno de series:

El relleno de lagunas en las series de datos es un paso fundamental imprescindible para dar continuidad a la modelización hidrológica. El funcionamiento del modelo numérico seleccionado requerirá de series de datos meteorológicos continuas.

Interesa que la longitud de las series sea, al menos, de 30 años, siguiendo las recomendaciones de la Organización Meteorológica Mundial para la caracterización del clima.

El ámbito territorial en que se localicen estas estaciones interesa que sea algo mayor que el de planificación, puesto que, para el relleno de datos, el trazado de isoyetas u otros análisis, convendrá disponer de información de apoyo situada más allá de las divisorias hidrográficas de las zonas de estudio. Hay que tener en cuenta que en este caso el problema transfronterizo puede ser importante y condicionar el trabajo a realizar.

Al margen de las necesidades especiales de los estudios de avenidas, sería deseable contar con datos a nivel diario. Este paso temporal se considera suficiente para la mayor parte de los trabajos que requiere el plan hidrológico.

Programa de seguimiento cuantitativo de los recursos hídricos

En el marco de la elaboración de los planes hidrológicos, resulta fundamental disponer de una red cuantitativa sólida y bien mantenida que permita representar de forma adecuada el ciclo hidrológico. Esta red constituye la base para el análisis del estado cuantitativo de las masas de agua, el cálculo del inventario de recursos hídricos y la proyección futura del balance entre oferta y demanda.

En los contextos en que dicha red no esté consolidada o se encuentre incompleta, se recomienda establecer una hoja de ruta para su desarrollo progresivo, en coordinación con los ciclos sucesivos de planificación. En este sentido, se sugiere vincular el diseño del programa de seguimiento con las acciones del plan hidrológico o bien incorporarlo como parte de la adaptación frente al cambio climático, dado que el monitoreo sistemático también es clave para detectar tendencias y variabilidad en la disponibilidad hídrica.

Este programa debería centrarse en las variables clave para la estimación de recursos, tanto superficiales como subterráneos, y orientarse hacia la mejora de la cobertura espacial y temporal, la calidad de los datos y la coordinación institucional para el mantenimiento de las redes. Los elementos básicos de su estructura serían:

1. Identificación y sistematización de redes existentes

• Catalogación de las redes de estaciones meteorológicas, hidrológicas y piezométricas operativas en el territorio.
• Verificación de la cobertura espacial y temporal de las series disponibles.
• Evaluación de la calidad, frecuencia de actualización, grado de automatización y mantenimiento de cada estación.

2. Evaluación de la representatividad y cobertura de las variables clave

• Verificar que las redes cubren adecuadamente los principales gradientes climáticos, fisiográficos y usos del suelo de la cuenca.
• Identificar vacíos de información que comprometan la caracterización espacial o temporal de variables como precipitación, temperatura, caudal o nivel piezométrico.

3. Protocolo de integración de fuentes complementarias

• Incorporar datos de satélite, reanálisis climáticos o modelos regionales como apoyo a las redes físicas, especialmente en áreas sin observaciones directas.
• Definir criterios de validación cruzada y fusión de datos multifuente.

4. Coordinación institucional y operativa

• Identificar a los organismos responsables del mantenimiento y operación de las redes (p. ej., servicios meteorológicos, autoridades hidráulicas, organismos de cuenca).
• Establecer protocolos de intercambio de datos y estándares comunes de formato, frecuencia y control de calidad.

5. Salida esperada

• Inventario actualizado y georreferenciado de estaciones operativas, con sus principales características técnicas.
• Diagnóstico de la capacidad del sistema de monitoreo para sostener la modelización hidrológica y la planificación de recursos.
• Base técnica para definir futuras inversiones o refuerzos en el seguimiento del ciclo hidrológico.

Selección del método de estimación y cálculo del inventario

La disponibilidad de datos directos de aportaciones, provenientes de las redes de control de aforos existentes, salvo casos muy excepcionales, siempre serán insuficientes para garantizar un inventario de recursos hídricos con una resolución espacial y temporal suficiente para que sea de utilidad. Por ello, para la elaboración de este, se requiere del uso de diferentes metodologías para estimar la disponibilidad del agua en una cuenca.

Es necesario que en el plan hidrológico se seleccionen y justifiquen los métodos que se han utilizado para el cálculo de las aportaciones y demás variables requeridas. Esta justificación se basará en criterios como:

• La disponibilidad de información.
• Capacidad del método para estimar las variables necesarias.

Las herramientas de simulación más sencillas realizan el balance de agua en el suelo a partir de pocos datos, modelos más sofisticados llegan a requerir mucha más información de entrada. Los elementos básicos necesarios para realizar la modelización de la transformación precipitación en aportación que se requiere conocer para abordar este trabajo son:

• La geometría tridimensional de la cuenca.
• Los datos de precipitación y temperatura.
• Los datos de aforo y piezometría para contraste de resultados y calibración del modelo.

Una decisión clave es determinar si se opta por trabajar con modelos distribuidos o discretos:

• Los modelos distribuidos cubren todo el territorio a partir de una malla, en cada celda de la malla se calcula el modelo. Los resultados de caudal se acumulan hacia aguas abajo con el apoyo de un modelo ráster de elevaciones y pendientes (modelo de acumulaciones). Este procedimiento de trabajo ofrece la gran ventaja de producir información homogénea sobre todo el territorio, pudiendo finalmente obtener resultados por acumulación en cualquier punto que se desee (Herramientas).
• Los modelos discretos requieren la definición previa de los recintos de cálculo, llevar esos resultados a otros puntos no inicialmente considerados puede ser de diversa complejidad, desde una sencilla interpolación a otros procedimientos más complejos (Herramientas).

Independientemente de que la solución por la que se opte sea el uso de técnicas distribuidas o agregadas, el modelo de cálculo del balance requerirá, además de los datos climáticos, información paramétrica que permitirá explicar los mecanismos del balance. Según la sofisticación del modelo, esta información puede ser escasa (superficie de la unidad en estudio, espesor del suelo y algunos coeficientes de escorrentía y reparto) o mucho más completa. Esta información, que, a diferencia de los datos temporales hidrometeorológicos, puede considerarse fija, requiere una estimación previa con resultados iniciales que habitualmente se presentan en forma de mapas; no obstante, en muchas ocasiones estos parámetros terminan siendo un factor de ajuste en el proceso de calibración de los resultados.

Los resultados que se obtienen con estos procedimientos, independientemente del método de simulación utilizado, son series temporales con datos de:

• Aportación total asimilable a la que, de acuerdo con el modelo conceptual imaginado, miden las estaciones de aforo con datos de contraste disponible.
• Infiltración profunda, con efecto de recarga en los acuíferos que, de acuerdo al modelo conceptual, se deberá apreciar en los registros piezométricos disponibles para su contraste.

Además, el balance habrá producido datos intermedios de ETP y ETR, que complementariamente resultarán explicativos de las necesidades de agua para los cultivos y de las posibles situaciones de escasez hídrica.

El proceso general de ejecución de modelos hidrológicos para la obtención del inventario de recursos hídricos se detalla en el Paso 3 de la Tarea 2: Descripción e interrelación de las variables hidrológicas: modelización numérica. A continuación, se muestra una imagen resumen del procedimiento habitual.

 

Contraste de aportaciones calculadas y registros

Aunque durante la labor de la modelización de la transformación precipitación-aportación para configurar el inventario de recursos ya se habrá trabajado el contraste entre los datos modelados y los registrados para afinar los resultados que se van produciendo mediante la calibración del modelo, una vez dado por finalizado el trabajo conviene documentar y explicar el grado de bondad alcanzado, comparando datos calculados con los registros disponibles en aquellos puntos de control en que esta información resulte más explicativa.

Para comprobar la bondad de las series obtenidas a partir del método de estimación de las aportaciones utilizado se debe llevar a cabo un proceso de contraste entre los resultados de dicho calculo y los registros de caudales medidos disponibles en periodos de tiempo equivalentes. Esto se debe aplicar en varios puntos de la red hidrográfica de la cuenca que sean asimilables al régimen natural o que hayan podido ser restituidos con un alto grado de confianza.

Este análisis debe estar constituido por tablas con estadísticos de contraste (error medio absoluto, relativo y cuadrático u otros) y unos gráficos de los puntos de control más relevantes.

Distribución espacial de las principales variables hidrológicas

Este apartado debe describir la distribución espacial de las principales variables hidrológicas relevantes para el inventario de la fase atmosférica y terrestre. Se presentarán mapas con los valores medios interanuales de las series de precipitación, ETP y ETR, recarga a los acuíferos y escorrentía total.

Se debe identificar la fuente de los datos (observaciones puntuales, interpolaciones, modelos hidrológicos o climáticos) y el método utilizado para su representación espacial (capas ráster, mallas regulares, mapas temáticos). También se debe detallar la resolución espacial de los datos, su cobertura geográfica y su adecuación para representar las condiciones hidrológicas de la cuenca.

El objetivo es disponer de una caracterización espacial que permita analizar la variabilidad del recurso hídrico en la totalidad de la cuenca y fundamentar los cálculos de aportaciones y disponibilidad de agua.