Modelamiento numérico

"All models are wrong, but some are useful" - George E.P. Box

Objetivos de investigación

Modelamiento hidrológico

  • Caracterizar la hidrología de la cuenca Madre de Dios y analizar el impacto del cambio de uso de suelo por deforestación en la respuesta hidrológica.

Modelamiento hidráulico bidimensional

  • Estudiar el transporte de sedimentos y de los contaminantes asociados durante procesos de erosión y sedimentación en un río afectado por minería aurífera aluvial de la cuenca Madre de Dios.

Dominio del modelo hidráulico TELEMAC 2D, representa la confluencia del río Boca Colorado y Madre de Dios

Áreas de estudio

Modelamiento hidrológico

El área de estudio comprendió 55,395 km^2 de la cuenca Madre de Dios e incluyó los principales ríos de la región, así como las zonas mineras Laberinto, Boca Colorado y Huepetue. El área de estudio se dividió en 127 subcuencas y 127 HRU (unidades de respuesta hidrológica). Se utilizaron datos de entrada climáticos de fuentes satelitales debido a la poca disponibilidad de datos medidos in situ.

Área de estudio considerada para el modelamiento hidrológico con SWAT. Las zonas deforestadas por minería corresponden al periodo 1985-2021. Elaboración: K. Paiva

Modelamiento hidráulico bidimensional

Se consideró un tramo de ~33 km de la zona de confluencia del río Madre de Dios y su tributario afectado por minería, el río Colorado.

El río Colorado está fuertemente impactado por minería aurífera aluvial, primariamente del tipo mecanizada. A lo largo de su cauce y del de su tributario Puquiri, se ubica la zona minera Delta-1; una de las zonas de operaciones mineras ilegales de oro más grandes del Perú. El área de estudio es también la zona de amortiguamiento de la Reserva Comunal Amarakaeri.

Área de estudio considerada para el modelamiento hidráulico con TELEMAC-2D. Elaboración: E. Portocarrero

Resultados claves

Modelo hidrológico

  • Se aplicó satisfactoriamente el modelo SWAT para evaluar la respuesta hidrológica de la cuenca Madre de Dios en tres escenarios de deforestación por minería aurífera aluvial.

  • El estudio demostró la susceptibilidad de las subcuencas de los ríos Colorado y Puquiri a los cambios de cobertura vegetal. Ante un escenario de deforestación del 8% de la cuenca, la dinámica hidrológica de estos ríos se verían fuertemente alteradas por un incremento del 78% en la concentración de sedimento suspendido.

  • Un mayor monitoreo hidroclimatológico en la cuenca Madre de Dios permitiría una modelación hidrológica más eficiente para una mejor toma de decisiones en el manejo y la gestión de los impactos de la minería aluvial.


* Un resumen de investigación con los hallazgos más importantes está en proceso de elaboración.


Modelo hidráulico bidimensional

* Próximamente...


Metodología de trabajo

Modelo hidrológico

  • Selección del área de estudio y del modelo matemático hidrológico a implementar.

  • Definición de escenarios de cobertura vegetal para las simulaciones.

  • Adquisición y procesamiento de datos hidroclimáticos y de cobertura de suelo históricos y campo.

  • Aplicación de modelo hidrológico SWAT.

  • Análisis e interpretación de resultados.


Modelo hidráulico bidimensional

  • Selección de un río de estudio impactado por minería y modelo matemático a implementar.

  • Adquisición y procesamiento de datos hidroclimáticos históricos y datos de batimetría de campo.

  • Aplicación de modelo matemático Telemac-2D para simular los procesos de erosión y sedimentación.

  • Análisis e interpretación de resultados.


Soil and Water Assessment Tool (SWAT)

Modelo hidrológico de dominio público creado por el USDA ARS y la Universidad de Texas para predecir el impacto de las prácticas de manejo del suelo sobre el agua, los sedimentos y los rendimientos químicos para la agricultura en cuencas complejas. El modelo fue creado como una herramienta para ayudar a tomadores de decisiones en la gestión de predecir la hidrología en grandes cuencas hidrográficas “no medidas” o “poco medidas”utilizando información fácilmente disponible durante largos periodos de tiempo.

Dentro de la amplia variedad de modelos hidrológicos; SWAT es un modelo de base física, porque requiere datos sobre el clima, las propiedades del suelo, la topografía y el uso del suelo; es un modelo semidistribuido, porque incorpora la variabilidad espacial de las propiedades de la cuenca y es de tipo continuo porque permite simular los procesos hidrológicos a paso de tiempo diario mensual y anual.

TELEMAC-2D

TELEMAC-2D es un modelo hidrodinámico para flujos de superficie libre, utiliza las ecuaciones de Saint Venant en dos dimensiones. En cada punto de la malla, el programa calcula la profundidad del agua y los dos componentes de velocidad. El modelo fue lanzado en 1987 y es dominio público desde el 2010.

Las características clave del modelo TELEMAC 2D incluyen algoritmos estándar [TELEMAC-3D (3D Navier Stokes), SISYPHE (2D Sediment Transport), ARTEMIS (propagación de ondas en áreas costeras), que permiten un fácil acoplamiento interno y externo; una malla de elementos finitos que permite refinar la geometría para describir mejor características como ríos, costas, diques y caminos. La versatilidad de este modelo permite su uso en una gama de aplicaciones: dimensionamiento de estructuras portuarias, efectos de construcción de diques o dragado, impacto de vertederos y obras de construcción, roturas de presa, inundaciones y transporte de sustancias.

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