Figura 1. Hydrological processes simulated by the Precipitation-Runoff Modeling System (modified from
Markstrom and others, 2008).
PRMS-IV es un modelo de cuenca modular determinístico de parámetros distribuidos, basado en procesos físicos desarrollado para evaluar la respuesta de varias combinaciones de clima y uso de la tierra en el flujo de los arroyos y la hidrología general de las cuencas. Cada componente hidrológico usado para la generación del modelo de caudales es representado con PRMS como un proceso algorítmico que está basado en leyes físicas o relaciones empíricas medidas o estimadas características.
Los principales objetivos son:
Simular procesos hidrológicos que incluyen evaporación, transpiración, escorrentía, infiltración e interflujo según lo determinado por los balances de energía y agua, la capa de nieve y la zona del suelo sobre la base de información climática distribuida (temperatura, precipitación y radiación solar);
Simular los balances hídricos hidrológicos a escala de la cuenca para escalas temporales que van desde días hasta siglos;
Integrar PRMS con otros modelos utilizados para la gestión de recursos naturales o con modelos de otras disciplinas científicas;
Proporcionan un diseño modular que permite la selección de algoritmos de procesos hidrológicos alternativos de la biblioteca de módulos PRMS estándar.
Representación del Proceso Hidrológico de una Cuenca
PRMS simula el proceso hidrológico de una cuenca usando una serie de reservorios que representan un volumen finito o una capacidad infinita. El agua es captada y almacenada en cada reservorio para la simulación de flujo, evapotranspiración y sublimación. El flujo atreves de la red de drenaje, el cual consiste en la red de corriente y segmentos de captación de reservorio (o un simple lago), es simulado por la escorrentía de superficie, el inter-flujo y la descarga de agua subterránea.
Las entradas al modelo hidrológico son valores de series de tiempo diarias de precipitación, temperatura mínima y máxima y radiación solar de onda corta. El modelo puede estimar internamente la radiación solar diaria de onda corta o puede ser proporcionada por el usuario. La precipitación puede ser interceptada y evaporada por las plantas. La precipitación que no es interceptada por las plantas, a lo que nos referimos durante el proceso de precipitación, es distribuida sobre la superficie de la cuenca. Las entradas de energía de la temperatura y radiación solar impulsan los procesos de evaporación, transpiración, sublimación y deshielo.
La estructura de la cuenca hidrográfica se conceptualiza como una serie de embalses, ríos y lagos. El uso del término "reservorio" en el contexto de la descripción de PRMS-IV (Figura 1), se refiere al mecanismo conceptual de almacenamiento de agua en el modelo PRMS-IV y no a un estanque o lago físico utilizado para el almacenamiento y regulación de agua. Para cada paso de tiempo de una simulación, la cantidad de agua almacenada en los embalses, los ríos y los lagos se denominan "estado". La cantidad de agua que se mueve entre estos elementos se denomina "flujo". La respuesta hidrológica simulada de la cuenca se caracteriza por estos estados y flujos. PRMS-IV mantiene un equilibrio hídrico en toda la cuenca, así como en los embalses individuales, ríos y lagos.
La zona del suelo representa la parte del manto del suelo que puede perder agua por evaporación y transpiración. La profundidad de la zona del suelo se define por la profundidad de enraizamiento promedio del tipo de vegetación dominante que cubre la superficie del suelo. El almacenamiento de agua en la zona del suelo aumenta por la infiltración de la lluvia y el deshielo y se agota por la evaporación y la transpiración. La infiltración es la precipitación neta menos la escorrentía superficial. El almacenamiento y el flujo de agua del suelo en la zona del suelo se contabilizan con una serie de reservorios conceptuales. El embalse de la zona impermeable representa un área sin capacidad de infiltración. Este reservorio tiene una capacidad máxima de retención-almacenamiento que debe satisfacerse antes de que ocurra la escorrentía superficial a los arroyos (Leavesley y otros, 1983).
Figura 3. Components of the snowpack energy balance, accumulation, snowmelt, and sublimation (from Koczot and others, 2005).
El deshielo se determina mediante un balance de agua y energía calculado en las capas de nieve, que se acumulan, subliman y se derriten. (Figura 3). La precipitación neta y la escorrentía superficial pueden contribuir al almacenamiento de la depresión superficial (Figura 2). El almacenamiento de depresión se agota por derrames y evaporación. La recarga al acuifero de agua subterránea (Figura 1) proviene de la zona del suelo, esta agua subterránea posteriormente se convierte en flujo de agua subterránea hacia arroyos y lagos. El agua también puede salir del depósito de agua subterránea a través del sumidero de agua subterránea. Los flujos de entrada laterales a los canales de los arroyos se calculan como la suma de la escorrentía superficial, el flujo del yacimiento subterráneo y el flujo del agua subterránea.
Figura 2. Details of the Precipitation-Runoff Modeling System Soil Zone.
Discretización de la Cuenca – Unidad Hidrológica de Respuesta
El área de la cuenca es sincretizada a una red de unidades hidrológicas de respuesta (HRU). La discretización puede ser basada en características hidrológicas o físicas como la pendiente y el aspecto. Cada HRU es asumido como homogéneo con respecto a estas similaridades física o hidrológicas. El balance de agua y de energía es calculado en forma diaria para cada HRU. Cada HRU es identificada por un índice numérico. La asignación de los índices para las HRU es arbitraria, pero si deben ser únicos y consecutivos comenzando desde el 1. La delineación de la cuenca se dará en forma adjunta en la guía.