Asunción, Paraguay, noviembre de 2016
Fiorella Giselle
Oreggioni Weiberlen defendió su proyecto final de
grado correspondiente a las carreras de Ingeniería Ambiental e Ingeniería
Industrial en la Universidad Católica “Nuestra Señora de la Asunción” de
Paraguay y enmarcado en las actividades de nuestra red colaborativa de investigación
IAI-CRN3035. Este proyecto tuvo como asesor al Lic. Julián Báez Benítez y contó con la colaboración de varios
técnicos internacionales.
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| Julián Báez y Fiorella Oreggioni |
La mesa examinadora estuvo compuesta por el Dr. Alberto Ramírez, el Dr. Félix Carvallo, el Ing. Juan Alberto González Meyer y el Ing. Néstor Acuña Appleyard, quienes de
manera unánime decidieron otorgar al
proyecto la nota máxima.
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| Fiorella Oreggioni junto a los integrantes de la mesa examinadora |
El
trabajo consistió en la evaluación de datos de
precipitación estimados por satélites en la República del Paraguay con el
objetivo de utilizarlos con fines hidrológicos, y en la implementación del
modelo hidrológico distribuido MGB-IPH en la cuenca del río Ñacunday con datos
estimados por satélites y datos observados en superficie.
Se analizaron
los datos del producto Tropical Rainfall Measuring
Mission Multi-satellitePrecipitation Analysis (TMPA),también conocido como
TRMM 3B42, en su última versión (versión 7) de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) y del Climate Prediction Center Morphing Technique
(CMORPH) Versión 1.0 Raw de la National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA)
con el objetivo de conocer la capacidad que
poseen estos productos satelitales en estimar la precipitación tanto en volumen
como en frecuencia.
Para el análisis se adoptó la
técnica denominada “Frozengrid” propuesta por varios autores
en la literatura. Esta permite validar los datos satelitales de precipitación limitando los
errores que serían introducidos convirtiendo los datos observados en superficie
puntuales a grillados.Para la comparación se utilizaron datos de precipitación
diarios de 22 estaciones meteorológicas convencionales de la Dirección de
Meteorología e Hidrología de la Dirección Nacional de Aeronáutica Civil de
Paraguay.
Para
evaluar la capacidad de los productos satelitales en determinar correctamente
el volumen de precipitación se utilizaron cuatro estadísticos (Error promedio,
Raíz cuadrada del error cuadrático medio, PBIAS y Coeficiente de determinación)
y para conocer la precisión de los productos satelitales en detectar eventos de
precipitaciónse utilizarontres índices de detección (Frequency biasindex, False alarm ratio y Probability of correct detection). Estos últimos, a su vez fueron calculados
en diferentes umbrales de precipitación con el objetivo de evaluar la capacidad
de los productos satelitales en detectar eventos de precipitación tanto leves
como intensos.
Los
resultados de los estadísticos arrojaron que las estimaciones del producto TRMM
3B42 V7 poseen menores errores que el producto
CMORPH V1.0 Raw, lo que indica que el TRMM 3B42 V7 posee mejor precisión para
estimar los volúmenes diarios de precipitación en el Paraguay.
Se verificó que el CMORPH V1.0 Raw
en todas las estaciones analizadas sobreestima el volumen de precipitación, alcanzando
porcentajes muy elevados de sobreestimación. El TRMM 3B42 V7 no presenta un
único patrón, ya que en algunas estaciones sobreestima el volumen de
precipitación y en otras no, siendo los porcentajes de sobrestimación o
subestimación muy pequeños.
Analizando los resultados de los
índices de detección, se concluyó que el producto satelital TRMM 3B42 V7
presenta una mayor precisión en la cantidad de eventos diarios de precipitación
estimados que el producto CMORPH V1.0 Raw.
Se observótambién que existe una
mejor precisión por parte de los satélites en detectar eventos de precipitación
leves, mostrando una reducción en la capacidad de detección y una tendencia a
la sobreestimación de eventos de precipitación intensa.
La modelación
hidrológica se llevó a cabo en la cuenca del río Ñacunday,ubicada en la región
Oriental del Paraguay, con el modelo hidrológico distribuido Mega Grandes Bacias (MGB) desarrollado
por el Instituto de Pesquisas Hidráulicas(IPH)
de la Universidade Federal do Rio Grande
do Sul (UFRGS) de Brasil. El modelo hidrológico fue utilizado como una
herramienta para evaluar la viabilidad de utilizar datos de precipitación
estimados por satelitales como datos de entrada al mismo.
Se
utilizó la metodología propuesta por Sun, Yuan,
Liu, & Jiang (2016), donde el modelo es calibrado y validado
utilizando datos de precipitación observados en superficie, donde
posteriormente éstos son reemplazados por los datos de precipitación estimados
por satélites. De esta manera el análisis se centra directamente en comparar la
influencia de los datos de precipitación estimados por satélite en la exactitud
de los caudales simulados.
Para la implementación del modelo, se procesaron datos
climáticos e hidrométricos obtenidos de estaciones en superficie. También, se
elaboraron mapas de las características topográficas, características
hidrológicas, y de tipo y uso de suelo del área de estudio.
Se realizó además un análisis de la calidad de los datos de
precipitación de las diferentes estaciones pluviométricas y se observó que las
estimaciones satelitales pueden ayudar a identificar pluviómetros con
problemas de lectura o mal localizados.
El
modelo MGB-IPH fue implementado satisfactoriamente con datos de precipitación
observados en superficie.El mismo fue capaz de representar el comportamiento
hidrológico del curso de agua con un mejor ajuste en los caudales mínimos y
medios que en caudales máximos.
En la
simulación con datos estimados por el TRMM 3B42 V7 se obtuvo un R2 igual
a 0.6128, NSE igual a 0.5698, NSElog
igual a 0.6677, y un error de volumen de -11%. Los caudales calculados con TRMM
3B42 V7 representaron el comportamiento hidrológico del curso de agua,
mostrando un mejor ajuste en caudales mínimos y medios que en caudales máximos.
En la
simulación con datos estimados por el CMORPH V1.0 Raw se obtuvo un R2 igual
a 0.5536, NSE igual a 0.3527, NSElog igual a 0.4705, y un error de volumen del
23%. Los caudales calculados con el CMORPH V1.0 Raw representaron el
comportamiento hidrológico del curso de agua con una sobreestimación en gran
parte del periodo analizado.
Los
resultados obtenidos en las simulaciones con datos de precipitación estimados
por satélite se consideran satisfactorios de acuerdo a los valores de
referencia descritos en la literatura. De esta manera se verifica que los datos
de precipitación estimados por el TRMM 3B42 V7 y el CMORPH V1.0 Raw pueden ser
utilizados como datos de entrada a modelos hidrológicos, mostrando claramente
un mejor desempeño utilizando datos del TRMM 3B42
V7.
Finalmente, comparando los
resultados obtenidos del análisis de datos de precipitación estimados por
satélites en la República del Paraguay y los resultados de las simulaciones de
caudal utilizando estos datos, se verificó que los errores de los datos de
precipitación se propagan a los caudales simulados en modelos hidrológicos.
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| Fiorella Oreggioni |