Cálculo de la transformación lluvia-escorrentía mediante un modelo Saint Venant 2D: validación mediante datos de campo y laboratorio

Abstract

[Resumen]Esta tesis doctoral se enmarca dentro del estudio de la aplicación de modelos distribuidos 2D a cálculos de transformaciones lluvia-escorrentía. Aunque en la actualidad la aplicación de modelos bidimensionales a la modelización de escorrentía superficial ya es una realidad, la utilización de modelos que aplican las ecuaciones completas de Saint Venant 2D (u onda dinámica 2D) a todo el proceso de escorrentía, y no versiones simplificadas de las mismas, es todavía incipiente y objeto de estudio. Se abordan también en esta tesis el estudio de otros dos aspectos relevantes en la modelización de escorrentía superficial, como son la forma de incluir obstáculos urbanos en el modelo y la influencia de la distribución especial de la precipitación en este tipo de cálculos. Los trabajos realizados incluyen la validación de un modelo Saint Venant 2D para cuencas artificiales de laboratorio (especialmente diseñadas para esta tesis) sobre la que se desarrollan diferentes configuraciones urbanas y eventos de precipitación. También se valida del modelo sobre dos cuencas reales ampliamente instrumentadas: una cuenca urbana de 12 ha de superficie ubicada en Galicia (España) y una cuenca rural de 24 km2 perteneciente a la cuenca experimental de Walnut Gulch en Arizona (EEUU). Se ha evaluado la sensibilidad del modelo a diferentes parámetros y aproximaciones, y valorado la incertidumbre del mismo para cada caso.

[Resumo]Esta tese doctoral enmárcase dentro do estudo da aplicación de modelos distribuídos 2D a cálculos de transformacións choiva-escorrentía. Aínda que na actualidade a aplicación de modelos bidimensionales á modelización de escorrentía superficial xa é unha realidade, a utilización de modelos que aplican as ecuacións completas de Saint Venant 2D (ou onda dinámica 2D) a todo o proceso de escorrentía, e non versións simplificadas das mesmas, é aínda incipiente e obxecto de estudo. Abórdanse tamén nesta tese o estudo doutros dous aspectos relevantes na modelización de escorrentía superficial, como son a forma de incluír obstáculos urbanos no modelo e a influencia da distribución especial da precipitación neste tipo de cálculos. Os traballos realizados inclúen a validación dun modelo Saint Venant 2D para cuencas artificiais de laboratorio (especialmente deseñadas para esta tese) sobre a que se desenvolven diferentes configuracións urbanas e eventos de precipitación. Tamén se valida o modelo sobre dúas cuencas reais ampliamente instrumentadas: unha cuenca urbana de 12 ha de superficie situada en Galicia (España) e unha cuenca rural de 24 km2 pertencente á cuenca experimental de Walnut Gulch en Arizona (EEUU). Hase evaluado a sensibilidade do modelo a diferentes parámetros e aproximaciones, e valorado a incerteza do mesmo para cada caso.

[Abstract]The current PhD thesis is set within the context of the study of application of 2D distributed models to rainfall-runoff transformations. Although the application of two-dimensional models to surface runoff modeling is now a reality, the use of models that use the complete Saint Venant 2D equations (SWE 2D or 2D dynamic wave) to the entire runoff process, rather than simplified versions of them, is still incipient and object of study. This thesis also deals with the study of two other relevant aspects in the modeling of rainfall-runoff events, such as how to include urban obstacles in the model and the influence of the spacial distribution of precipitation in this kind of simulations. The work carried out includes the validation of a Saint Venant 2D model for laboratory artificial basins (specially designed for this thesis) on which different urban configurations and precipitation events are developed. It also validates the model of two well-developed real basins: an urban basin of 12 ha in Galicia (Spain) and a rural basin of 24 km2 in the experimental basin of Walnut Gulch in Arizona (USA). The sensitivity of the model to different parameters and approximations has been evaluated, and the uncertainty of the model for each case has been assessed.