Simulación hidrológica y de calidad de agua con Basins

Basins facilita la examinación de la información ambiental, brinda soporte de análisis del sistema medioambiental, provee una estructura para el manejo de las alternativas. El sistema es diseñado para ser flexible. Puede brindar un soporte de análisis en una variedad de escalas usando herramientas que van de lo más simple a lo sofisticado.

BASINS fue también creado para brindar soporte al desarrollo de TMDLs (Total Maximum Daily Loads: Cargas totales máximas diarias). Para el desarrollo de TMDLs se requiere de un enfoque basado en las cuencas hidrográficas que integre tanto fuentes puntuales y no puntuales. 

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BASINS trabaja con GIS (Geographic Information System: Sistema de Información Geográfica) que le permite integrar su estructura. GIS organiza la información espacial y también puede mostrarse en mapas, Tablet, o gráficos. GIS provee tecnología para el análisis de la información del paisaje y permite relacionarlos. A través del uso de GIS, BASINS le es flexible en permitir e integrar un amplio rango de información (e.j. Uso de la tierra, descarga de fuentes puntuales, extracción de agua de abastecimiento) a una escala definida por el usuario. Es decir, si es que el usuario necesitase examinar datos a escala multiestatal para determinar los problemas de áreas, comparar cuencas. Si es que se quiere trabajar con una escala mucho más pequeña, tal vez la investigación de un segmento determinado del río afecte múltiples descargas de fuentes puntuales. Esta capacidad del zoom de BASINS lo hace una herramienta única y potente de análisis medioambiental.

BASINS está diseñado para facilitar diferentes escenarios porque incorpora herramientas que operan tanto en grandes como pequeñas cuencas. Agregando el desarrollo localizado, alta resolución de los datos de las fuentes que existen y adicionalmente se tiene la opción de expandir la capacidad de evaluación de la escala local.

El componente de caracterización de las cuencas hidrográficas, trabajando bajo el apoyo de GIS, permite al usuario evaluar rápidamente áreas seleccionadas, organizar información y mostrar resultados. Los modelos tienen un componente que permite al usuario examinar el impacto de las cargas contaminantes provenientes de fuentes puntuales y no puntuales. Trabajando juntos, estos módulos brindan aspectos severos específicos de la cuenca basada en el análisis de:

  • La identificación y priorización de los límites de calidad del agua.
  • Suministración de datos que caracterizan las fuentes puntuales y no puntuales y evalúan sus magnitudes y significado potencial.
  • Integración del origen de fuentes puntuales y no puntuales, el destino y los procesos de transporte.
  • Evaluando y comparando un valor relativo del control de estrategias posible.
  • Visualización y comunicación de las condiciones medioambientales a través de mapas, gráficos.

BASINS presenta cuatro ítems, iniciar o lanzar, analizar, modelar y calcular. Estas utilidades proporcionan la gestión de series de tiempo adicional y capacidades de configuración de modelos, enlaces con sitios web externos manejados por el SIG y los datos de series de tiempo. 

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Para iniciar o lanzar se tiene cuatro submenús dentro un menú principal que son ArcView 3, ArcGIS, GenScn,WDMutil. ArcView 3 y ArcGIS crearán automáticamente un proyecto que contiene todas las capas de SIG por medio del MapWindow. GenScn y WDMUtil ayudan a la gestión y análisis de tiempos de archivos WDM. GenScn proporciona la capacidad de cambiar la secuencia de entrada interactiva, se ejecuta en el modelo HSPF, analiza los resultados gráficamente. WDMUtil se utiliza principalmente para manejar series de tiempos (editarlas, crearlas, borrarlas, explorarlas, etc.) y también tiene la mayoría de las capacidades gráficas al igual de GenScn.

Para el análisis de las cuencas hidrográficas o segmentos de ríos se tiene:

·     Climate Assessment tool (CAT)

Esta herramienta de evaluación de climas proporciona un conjunto flexible de capacidades para la representación y exploración de los cambios de clima y su relación de la ciencia de las cuencas. BASINS tiene herramientas que permiten a los usuarios crear escenarios de cambio climático mediante la modificación de la entrada de datos meteorológicos mediante el Programa de Simulación Hidrológicos- FORTRAN (HSPF) modelo de cuenca (HSPF). Tiene la capacidad también de  proporcionar cálculos hidrológicos específicos y criterios de  calidad del agua importantes para el manejo de cuencas basado en el resultado del modelo HSPF (Por ejemplo, la inundación de 100 años).

Finalmente, el CAT se puede utilizar para evaluar los resultados de un escenario de cambio climático individual, o para automatizar HSPF durante diferentes ejecuciones para poder así determinar la sensibilidad o el patrón general de respuesta de las cuencas hidrográficas ante diferentes tipos y cantidades del cambio climático.

El usuario puede modificar la data del historial climático usando operadores estándares climáticos aplicados mensualmente. Se puede aumentar o disminuir una variable climática (precipitación, temperatura del aire) de manera uniforme o selectivamente impuesta a solo aquellos eventos históricos que exceden o están por debajo de una magnitud específica. Esta capacidad permite al usuario tener diferentes eventos dentro de un amplio rango de clases, además, se puede utilizar para representar los efectos previstos de intensificación del ciclo hidrológico, en el que grandes eventos de precipitación se intensifican, en lugar de los acontecimientos cada vez más frecuentes. Incluso se puede crear series de tiempos que contienen precipitaciones más frecuentes. Estas capacidades proporcionan a los usuarios la capacidad de representar y evaluar los impactos de una amplia gama de posibles condiciones futuras del clima y eventos.

·     Time series functions

Mediante estas funciones de series temporales se proporciona la capacidad de analizar rápidamente disponibles: Frecuencias de red, Árbol de datos, gráficas. Proyectos de series de tiempo de datos se gestiona a través de las utilidades de administración de series temporales.

·     Lookup tables (Tablas de búsqueda)

·     Reclassify Land Use (Reclasificar el uso de la tierra)

Se utiliza para agrupar clases detalladas del uso del suelo, en función de su código y nombre, en categorías amplias. También se puede dar en sentido inverso, se puede salir de una categoría de tierra de varias categorías. Esta herramienta genera una tabla DFB que se puede utilizar posteriormente para definir categorías de uso del suelo y cuantificar las áreas de drenaje permeables e impermeables en apoyo de modelado de fuentes difusas.

La reclasificación del uso de la tierra es a menudo necesaria para actualizar los archivos de datos existentes de tierras de uso, para reagrupar los tipos de uso del suelo o para evaluar los impactos de la calidad del agua o las alternativas de gestión basadas en los cambio de uso del suelo en el tiempo. Por ejemplo, los cambios en la calidad del agua debido a la urbanización puede ser explicada mediante la conversión de tierras agrícolas o forestales a suelo urbano. 

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·     Watershed Characterization Report

Esta herramienta permite resumir la información de la cuenca en un formato adecuado para la preparación de los informes de caracterización de cuenca. Estas herramientas producen tablas de inventario y caracterización tanto de fuentes puntuales y no puntuales en las escalas de cuencas y subcuencas.

La caracterización de cuencas es la clave para comprender los problemas de calidad del agua y de las fuentes de contaminación en la cuenca. Además de la evaluación de la condición de las cuencas hidrográficas, proporciona la información necesaria para evaluar los programas de monitoreo, identificar las lagunas de datos y desarrollar las estrategias de modelos de calidad en las cuencas hidrográficas.

El menú consta de seis modelos que se pueden configurar basándose en la información de BASINS lo cuales son HSPF, SWAT, AQUATox,WASP, SWMM, y pload. El HSPF, SWAT, AQUAtox, WASP y las opciones de SWMM ayudan al usuario en la creación de modelos de simulación. La opción pload ofrece un modelo de cuenca muy simple para estimar las cargas contaminantes sobre una base anual promedio. Esta sección contiene una descripción completa de cómo cada modelo puede ser configurado sobre la base de información del proyecto, si el usuario ha recopilado la información necesaria mediante las herramientas disponibles de BASINS.

 

·  HSPF

Modelo sofisticado y de alto nivel de la cuenca capaz de realizar simulación continua de la superficie y el flujo subsuperficial y asociado a procesos biológicos, físicos, químicos.

· SWAT

Modelo basado en la física, escala de la cuenca que fue desarrollado para predecir los impactos de las prácticas de manejo del suelo sobre el rendimiento químico del agua, sedimentos y agrícolas en las grandes cuencas hidrográficas complejas con diferentes suelos, usos del suelo y las condiciones de manejo en largos periodos de tiempo.

·  AQUAtox

Modelo de simulación para los sistemas acuáticos que predice el destino de varios contaminantes, tales como nutrientes y productos químicos orgánicos, y sus efectos en el ecosistema, incluyendo peces, invertebrados y plantas acuáticas.

·  WASP

Compartimiento dinámico- programa de modelado de sistemas acuáticos, incluyendo tanto la columna de agua y el bentos subyacentes.

· SWMM

Dinámica de precipitación-escorrentía, modelo de simulación utilizado para el evento único o a largo plazo (permanente) de simulación de la escorrentía cantidad y calidad de las áreas principalmente urbanas. La porción de enrutamiento de SWMM transporta esta escorrentía a través de un sistema de tuberías, canales, dispositivos de almacenamiento/tratamiento, bombas y reguladores.

·  Modelo pload

Es para una cuenca simple que calcula las cargas de fuentes no puntuales de diferentes subcuencas y usos del suelo basada en la precipitación anual, usos del suelo y BMP.

Finalmente, se corre el programa y se analiza los resultados obtenidos según el enfoque que se necesite y para el cual se realizó el análisis. 

 

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